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煤氣鍋爐省煤器故障原因分析及防治措施

文檔作者：王凱杰文檔來(lái)源：包鋼熱電廠		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月13日
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冶 金 動(dòng) 力
METALLURGICAL POWER
2012年第6期
總第154期
煤氣鍋爐省煤器故障原因分析及防治措施
王凱杰
(包鋼熱電廠，內(nèi)蒙古包頭014010)
【摘要】從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行等方面對(duì)鍋爐省煤器彎管沖蝕減薄和聯(lián)箱管座焊口頻繁泄漏的原因進(jìn)行了
分析和探討，找出了故障的原因，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。
【關(guān)鍵詞】煤氣鍋爐；熱力計(jì)算；沸騰度；焊接質(zhì)量；運(yùn)行工況
【中圖分類號(hào)】TK229 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】10o6—6764(2012)06—0048—03
Cause Analysis of Gas—．fired Boiler Economizer Failure
and Precautionary measures
WANG Kai-jie
(Heat Power Plant,Baotou Iron and Steel(Group)Co．，Baotou,Inner Mongolih 014010,China)
【Abstract]The causes of bent pipe erosion corrosion of gas-fired boiler and frequent
leakage of weld mouth header of channel are analyzed and discussed from design，manufac—
ture and operation．The causes of failures are found out and the corresponding improvement
measures are put forward．
【Key words]gas—fired boiler；thermal design；boiling degree；weld quality；operation
condition
1 鍋爐概況
包鋼熱電廠熱力車間有兩臺(tái)130 t／h純燒高爐
煤氣鍋爐，型號(hào)為JG一130／3．82一Q型。其主要技術(shù)參
數(shù)如下：
額定蒸發(fā)量：D=130 t／h
額定蒸汽壓力：P=3．82 MPa
額定溫度：z 45O℃
給水溫度： 104 oC
排煙溫度：Tvj=175℃(空氣預(yù)熱器前)
冷風(fēng)溫度：G=2o oC
熱風(fēng)溫度：Te,=340℃
鍋爐熱效率：r／=87．7％
鍋爐采用前吊后支的全膜式水冷壁。過(guò)熱器布
置方式為冷段在后，熱段在前。尾部受熱面省煤器和
空氣預(yù)熱器采用雙級(jí)交叉布置，疊置式結(jié)構(gòu)。上下兩
級(jí)省煤器蛇形管通過(guò)用于定位和支撐的管夾將重量
傳遞到承重梁上，管夾材質(zhì)為1Cr7SiAI，管子和聯(lián)箱
材質(zhì)均為GB3087—20鍋爐鋼制作而成。
2 事故概況
兩臺(tái)鍋爐于2007年年初相繼投入運(yùn)行，投運(yùn)后
不到一年，高低溫段省煤器聯(lián)箱管座即頻繁發(fā)生泄
漏。嚴(yán)重時(shí)，兩次泄漏間隔時(shí)間不到半月左右。同時(shí)，
高溫段省煤器穿墻管附近的彎管也多次發(fā)生泄漏，
省煤器管夾在運(yùn)行過(guò)程中也嚴(yán)重?zé)龘p。運(yùn)行過(guò)程中
打開(kāi)人~LI'-J觀察到管夾為紅色，已不能很好的起到
定位和支撐作用。
2008年7月，利用中修時(shí)，將2*鍋爐二級(jí)省煤
器管夾由原設(shè)計(jì)選用材料1Cr7SiAI更換為不銹鋼
材料1Cr18Ni9Ti，同時(shí)更換部分在停爐小修過(guò)程中
已斷排的管排。更換后投入運(yùn)行， 爐省煤器管座發(fā)
生泄漏頻率較之前有所減少，但仍不能滿足鍋爐在
一個(gè)運(yùn)行期內(nèi)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
3 原因分析
3．1 管夾燒損原因分析
高溫段省煤器管夾出現(xiàn)燒紅現(xiàn)象，原因只能是
此處煙溫過(guò)高。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)2 鍋爐省煤器出入13煙
氣溫度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與計(jì)算機(jī)顯示的煙溫出
入較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)溫度。設(shè)計(jì)高溫省煤器出入口
溫度分別為596℃和489℃，但實(shí)測(cè)煙溫人口最高
達(dá)到720℃，這顯然證明原設(shè)計(jì)制造廠家在設(shè)計(jì)上
有誤。按原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱力計(jì)算，省煤器入口處溫
度為710 oC，與實(shí)測(cè)溫度比較接近。鍋爐投產(chǎn)運(yùn)行
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總第154期
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METAI．LURGICAL POWER 49
后，由于公司轉(zhuǎn)爐煤氣富余，鍋爐摻燒了部分轉(zhuǎn)爐煤
氣，使得受熱面煙溫與原設(shè)計(jì)值有所偏離，但也不應(yīng)
該有如此大的出入。根據(jù)圖紙上的幾何尺寸，爐膛實(shí)
際面積是601 m2，而原設(shè)計(jì)熱力計(jì)算選用的爐膛受
熱面積是730 m2，這顯然與圖紙上的幾何尺寸不相
符。爐膛受熱面積若按原設(shè)計(jì)730 m2計(jì)算，得出的
爐膛出口及高溫省煤器人口煙溫較低，不會(huì)造成省
煤器管夾在運(yùn)行過(guò)程中大面積燒紅現(xiàn)象，能夠保證
其安全運(yùn)行。
各受熱面熱力計(jì)算對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 各受熱面熱力計(jì)算對(duì)比結(jié)果
從表1中可看出，由于爐膛受熱面積的計(jì)算失
誤，導(dǎo)致原設(shè)計(jì)熱力計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值和校核
計(jì)算值相差甚遠(yuǎn)。這也就是高省管夾嚴(yán)重?zé)龘p的真
正原因，即使在后期中修時(shí)更換為耐熱溫度較高的
奧氏體材料，由于其最高許用溫度為650℃，所以
仍不能保證在原設(shè)計(jì)工況下長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
3．2 省煤器彎管和聯(lián)箱管座發(fā)生泄漏原因分析
高低溫段省煤器出人口聯(lián)箱管座均發(fā)生泄漏，
以高省出入口聯(lián)箱最為嚴(yán)重，屬高含氣量管段，在排
查事故原因時(shí)發(fā)現(xiàn)：
(1)煙氣沖刷和低溫腐蝕是不可能的，因?yàn)樾孤?
點(diǎn)在爐墻以外；
(2)管內(nèi)壁化學(xué)腐蝕，管內(nèi)工質(zhì)化驗(yàn)并無(wú)異常，
外壁無(wú)變化，化學(xué)腐蝕不存在；
(3)管子膨脹有一定的余量，較自由，沒(méi)有附加
應(yīng)力現(xiàn)象發(fā)生；
(4)給水溫度為100℃，屬于常規(guī)值，比較穩(wěn)
定，不存在疲勞損傷；
(5)管子材質(zhì)，經(jīng)多次停爐檢修，割管取樣化驗(yàn)，
其化學(xué)元素含量符合GB3087—20g：
(6)焊接質(zhì)量，出廠時(shí)聯(lián)箱和管座的焊口焊接質(zhì)
量不合格；
(7)由于高省人口煙氣溫度嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值，導(dǎo)
致管內(nèi)工質(zhì)產(chǎn)生了一定的沸騰度，管內(nèi)汽水混合物
大量汽化，使其流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變。此種現(xiàn)象也會(huì)
造成管子過(guò)熱或強(qiáng)度性能下降；
通過(guò)比較和逐一排查分析，管座焊接質(zhì)量差和
省煤器管內(nèi)工質(zhì)汽化后產(chǎn)生了一定的沸騰度應(yīng)該是
造成其泄漏的主要原因。
3．2．1 省煤器沸騰度超高的影響
沸騰度是省煤器產(chǎn)生的蒸汽量與流經(jīng)省煤器給
水總量的百分比，通常設(shè)計(jì)為10％～20％。我廠鍋爐
設(shè)計(jì)為非沸騰省煤器，但運(yùn)行過(guò)程中，打開(kāi)人孔門(mén)觀
察到管夾為紅色，在光線較暗的情況下，管子表面呈
現(xiàn)暗紅色，放置紙片即可燃燒，用遠(yuǎn)紅外線測(cè)溫槍檢
測(cè)，其表面溫度在275 630℃之間劇烈波動(dòng)。高溫
省煤器出口聯(lián)箱壁溫達(dá)268 oc，最高可達(dá)296℃，
省煤器壓降明顯增加。這表明省煤器內(nèi)的水已大量
汽化，省煤器內(nèi)的混合物由水中含汽轉(zhuǎn)化成汽中含
水，汽水混合物流速降低，流動(dòng)狀態(tài)也隨之發(fā)生了質(zhì)
的改變。原本流經(jīng)省煤器進(jìn)出口彎頭部位時(shí)，對(duì)彎頭
背部?jī)?nèi)表面的沖刷是連續(xù)均勻的，但隨著汽水比值
的波動(dòng)性變化，蒸汽中的水滴就像風(fēng)中的沙礫一樣，
在離心力的作用下，間斷的沖擊彎頭內(nèi)壁，隨著時(shí)間
的積累，彎頭內(nèi)壁不斷減薄，最終形成泄漏。
3．2．2 焊接質(zhì)量的影響
聯(lián)箱管座和聯(lián)箱采用插入式焊接形式，此焊接
形式適用于制造廠家大面積生產(chǎn)，加工工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)
量易控制。但這種焊接方式也存在有自身無(wú)法克服
的一些缺陷。由于管座和聯(lián)箱壁厚相差較大，焊接時(shí)
電流控制比較難掌握。電流過(guò)大，易造成管座熱影響
區(qū)過(guò)熱，管座韌性下降，拉裂性能低；電流過(guò)小，焊縫
根部又不易焊透，容易出現(xiàn)未焊透，未融合等焊接缺
陷，使得焊縫承載應(yīng)力的有效面積減小，根部強(qiáng)度減
弱，長(zhǎng)期運(yùn)行容易造成裂紋等缺陷。
我們?cè)阱仩t檢修時(shí)用角磨機(jī)對(duì)泄漏的焊縫進(jìn)行
打磨，發(fā)現(xiàn)焊縫根部存在不同程度的未焊透現(xiàn)象，部
分管座焊縫與聯(lián)箱母材沒(méi)有很好的融合在一起，屬
于嚴(yán)重的焊接缺陷。
3．2．3 運(yùn)行工況的影響
鍋爐原設(shè)計(jì)燃料為高爐煤氣和少量用于助燃的
焦?fàn)t煤氣，投產(chǎn)后為將外網(wǎng)一部分富余的轉(zhuǎn)爐煤氣
回收利用，又加設(shè)了一條DN500的轉(zhuǎn)爐煤氣管道。
由于轉(zhuǎn)爐煤氣的投入是間斷性的， (下轉(zhuǎn)第52頁(yè))
52
冶 金弓 力 20l2年第6期
METALLURGICAL POWER 總第154期
以免產(chǎn)生裂紋。
④多層堆焊時(shí)，相鄰層的焊接方向應(yīng)相反。
⑤盡量避免為補(bǔ)足密封面內(nèi)、外側(cè)邊緣焊肉高
度而采用快速窄焊道堆焊。
⑥對(duì)于滲氮鋼閥門(mén)或堆焊厚度較高的又不能確
保完全去除原有密封面堆焊層時(shí)，可采用E309焊
條堆焊過(guò)渡層。堆焊過(guò)渡層時(shí)，宜用細(xì)直徑焊條、小
電流，從而減小稀釋率。
⑦堆焊層厚度在7 mm左右時(shí)，焊后須立即進(jìn)
行消氫處理(將焊件加熱至250～350 oC恒溫2 h，然
后緩冷至室溫)。
⑧每一層的接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)。接頭時(shí)應(yīng)盡量縮短時(shí)
間，以保證層間溫度。收弧時(shí)，必須將熔池填滿，以免
產(chǎn)生弧坑裂紋。
3．3 吻合度的／jN'r調(diào)整
對(duì)于點(diǎn)狀、局部溝槽狀小面積損傷的焊補(bǔ)密封
面，采用先機(jī)械打磨，預(yù)留0．2 0．4 Ixm余量，然后手
工研磨至與整體密封面齊平，最后兩密封面配合研
磨使其吻合度符合密封面要求。
對(duì)于面積較大、整體堆焊的密封面須用車削、磨
削加工，預(yù)留0．2 m左右余量，最后兩密封面配合
研磨使其吻合度符合密封面要求。
4 檢驗(yàn)
4．1 硬度檢驗(yàn)
硬度檢驗(yàn)HB340 400，6123閥門(mén)修復(fù)后硬度檢
測(cè)值符合閥門(mén)標(biāo)準(zhǔn)要求。
4．2 著色檢驗(yàn)
經(jīng)著色檢驗(yàn)堆焊層無(wú)裂紋，氣孔等缺陷。
5 效果
經(jīng)修復(fù)后的主蒸汽系統(tǒng)6123、6001、3002以及
6#減溫器主汽門(mén)近一年半的使用，關(guān)閉嚴(yán)密，特別是
主蒸汽6123閥門(mén)在修復(fù)后運(yùn)行2O個(gè)月于2011年
1 1月份解體檢查時(shí)其密封面無(wú)損傷現(xiàn)象，其檢修周
期至少增加一半。
僅2011年修復(fù)11個(gè)閥門(mén)，至少節(jié)約采購(gòu)費(fèi)用
80萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益是非常可觀的。
6 結(jié)論
6．1 采用D547Mo焊條在現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)焊點(diǎn)狀、局部溝槽
狀小面積損傷的密封面的工藝是可行、操作簡(jiǎn)單。
6．2 采用D547Mo焊條堆焊密封面損傷面積較大
須整體堆焊的密封面的工藝是可行、實(shí)用的。
6．3 通過(guò)對(duì)高溫高壓閥門(mén)密封面的修復(fù)，不但節(jié)約
了大量的人力檢修成本，而且有效的節(jié)約了閥門(mén)的
采購(gòu)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
[參考文獻(xiàn)】
【1】陳祝年編著．焊接工程師手冊(cè)(第二版)【M]．北京： 機(jī)械工業(yè)出版
社．2010年．
[2】曾樂(lè)主編．現(xiàn)代焊接技術(shù)手冊(cè)【M】．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社．1993．
收稿日期：2012—04—20
作者簡(jiǎn)介：田平(1974一)，男，大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事檢修技
術(shù)管理工作。
(上接第49頁(yè)) 且投入的量也是木穩(wěn)定的，因此鍋
爐負(fù)荷和壓力在運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常處于波動(dòng)狀況，尾
部煙溫也隨之經(jīng)常變動(dòng)?？陀^上，也使省煤器管和聯(lián)
箱焊縫產(chǎn)生了較大的熱應(yīng)力和疲勞損傷。
4 解決措施
通過(guò)以上分析可以看出，省煤器彎管沖蝕及聯(lián)
箱焊口泄漏的根本原因是由于熱力計(jì)算的錯(cuò)誤，導(dǎo)
致省煤器吸熱量過(guò)多，產(chǎn)生一定的沸騰度以及聯(lián)箱
焊口在制造過(guò)程中焊接方式和焊接缺陷所造成的。
為從根本上解決上述問(wèn)題，提出以下整改方案：
(1)將低溫過(guò)熱器管排每排增加兩圈蛇形管，即
通過(guò)增加低溫過(guò)熱器吸熱面積，從而達(dá)到大幅度降
低高溫省煤器人口煙溫的目的；
(2)將高溫省煤器出人口聯(lián)箱管座割除后，重新
打磨更換為壁厚為5 mm的加強(qiáng)型管座，以增大管
座與聯(lián)箱的接觸面積，從而增強(qiáng)焊縫的強(qiáng)度。同時(shí)，
焊接采用手工鎢極氬弧焊打底，電弧蓋面的方式。
(3)將省煤器管夾由1Cr7SiAI更換為更為耐熱
耐高溫的1Crl8Ni9Ti，防止省煤器管夾再次燒損后，
管排間距位移而出現(xiàn)煙氣走廊；
(4)加強(qiáng)運(yùn)行各參數(shù)的調(diào)節(jié)和控制，協(xié)調(diào)外網(wǎng)建
立轉(zhuǎn)爐煤氣波動(dòng)前的預(yù)警機(jī)制，防止鍋爐負(fù)荷發(fā)生
較大的波動(dòng)。
5 結(jié)論
以上方案分別對(duì)應(yīng)實(shí)施，通過(guò)近三年的的運(yùn)行
觀察和檢測(cè)，省煤器彎管沖蝕減薄及聯(lián)箱焊口泄漏
現(xiàn)象再也沒(méi)有發(fā)生，鍋爐運(yùn)行周期得到了明顯改善。
說(shuō)明上述分析是正確的，解決方案是行之有效的。
收稿日期：2012—03-13
作者簡(jiǎn)介：王凱杰(1976一)，男，2008年1月畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)
熱能動(dòng)力工程專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)主要從事鍋爐設(shè)備檢修和電廠金
屬監(jiān)督工作。

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