浅析超临界火电机组锅炉爆管的防治
[摘要]
从国内近期移交的1000MW超超临界机组的情况来看，多台锅炉在168h试运期间发生爆管事故，如何有效的防治锅炉爆管的发生？成为我们急待解决的难题。本文从安装的角度出发，对引起锅炉爆管的原因进行客观的分析，从设备检查、内部清扫、安装控制、吹管后割管检查等方面进行了系统的总结，提出了一系列切实有效的治理措施，并成功应用在大唐信阳660MW机组等五台超临界以上压力参数锅炉的爆管防治，为1000MW超超临界机组锅炉爆管防治积累了参考依据。
[关键词]超临界；锅炉爆管；防治
一、 现状：
1、危害：当锅炉的受热面管子发生爆管时，喷出的高压蒸汽（压力达到20MPa）直接吹扫附近管排，可引发附近管子连锁爆管，直接导致机组停机，还会给今后机组的稳定运行埋下隐患。
2、发生部位：对以往爆管锅炉部位进行统计，600MW超临界直流炉的屏过、高过和高再管排等高温高压介质（蒸汽）通过的地方容易发生爆管。
二、原因分析：
引起锅炉爆管的直接原因为管排的强度低于设计值，管排承受不住管内高温蒸汽压力而爆破。而导致管排强度降低的因素从理论上分析如下：
1、管排材质与设计不符：如果管道材质与经过强度计算设计的材质不一致（低于设计值）时，容易引起爆管。
3、管壁厚度低于设计值（厚度低于设计值）：当管壁厚度低于设计值时，随着蒸汽压力的升高，管道会由于承受不住管内蒸汽压力而爆破。.
4、管道本身存在缺陷：如果排外表面出现凹坑、裂纹、砂眼等缺陷时，当管道内部压力升到一定程度时，就会在管道的薄弱处（凹坑、裂纹、砂眼）炸开而引起爆管。
5、局部积灰或蒸汽吹灰时吹伤管子：如果管道外壁局部集灰过多，会引起受热不均导致管子涨粗，如果吹灰时高温蒸汽直接吹扫住管子外壁，容易把管子吹伤（凹坑、裂纹）引起爆管。
6、运行时管道局部过热涨粗（内部堵塞或外部温度骤升）：
受热面系统内（集箱和管排内）的杂物危害巨大，这些杂物一般都是活动的，蒸汽流动会导致杂物的位置发生变化，蒸汽在流经入口集箱管孔时对杂物有吸附作用，在机组负荷变化和启停时，内部杂物会随机吸附在节流孔上，杂物一旦吸附在管口上，就会导致该管子蒸汽流量减少而超温爆管，堵塞管口的程度决定了爆管发生的时间长短，如果堵塞得多，则很快就会爆管，如果堵塞得不是很多，则爆管发生的时间会相应延长。即便试运阶段不发生爆管，只要杂物存在于集箱内，总有一天会爆管，而且一直爆到取出杂物为止。
三、防治措施：
根据引起锅炉爆管的原因，从保持系统内清洁方面着手，总结出爆管的防治措施如下：
1、意识教育：首先从提高施工人员特别是质量监督人员的防治意识着手，对他们进行质量意识教育，充分认识到锅炉爆管的危害，只有在思想意识上提高了，才能引起大家的重视，才能有效的开展防治工作。
2、建立健全制度和体系：从工程一开始，就要建立工地的质量控制网络体系，明确责任和任务，严格遵守工序交接制度（不经过质检人员确认严禁对口焊接，特别是最后一道口的焊接，一定要经过监督人员的仔细检查，确认内部清洁后方可对口焊接），确保系统内部清洁无杂物。
3、强化设备的进厂检验检查（组合对口前）：
（1）材质检验：主要是设备材质的检验，要求技术人员仔细核对设计图纸，认真填写《材质光谱委托报告》，对材质进行定量的分析。
（2）外观检查：要求对设备的外观进行检查，主要检查管排表面应无裂纹、撞伤、龟裂、压扁、砂眼和分层等缺陷，否则必须处理。
（3)壁厚检查：主要检查管口和弯头部位，管口用卡尺即可测的，弯头部位先外观，对于椭圆变形较大的部位用测厚仪测量，其厚度偏差应符合相关技术文件规定，否则予以更换；
（4）内部清扫：设备对口前要用一定压力的压缩空气进行内部吹扫,并尽可能的用内窥镜检查其内部的清洁程度（注意检查铁屑、锈皮、机加工残留物、焊瘤等附着物），如有异物应立即清除干净，必要的话进行酸洗或喷砂处理，以保证内部清洁。
（5）通球试验：管道组合对口前要按照《规范》要求的球径进行通球试验，对于发现的问题一定及时解决。钢球的取用严格执行领用制度，当天发出的钢球一定要当天收回，防止遗留在管道内。
（6）设备封堵：无论是组合对口前或是组合对口后，都不能有敞口现象，特别是组合好的设备，管口封堵一定要牢靠，可以用宽胶带缠绕粘牢，防止系统内部二次污染。
5、重视设备吊装前后的注意事项：
（1）设备吊装前，对于能进行通球试验的设备，一定要再进行一次通球试验，确保内部清洁和介质流通面积符合要求，防止杂物落入和对口焊接时焊瘤（氧化铁）堵住管口。还要检查管口封堵是否牢靠，以防吊装过程脱落。
（2）设备吊装后，在固定牢靠保证安全的同时，一定要检查是否有敞口现象，做好记录和封堵工作，特别是向上的关口，更应该引起注意，确保100%封堵牢靠。
6、安装过程中的注意事项：
（1）设备组对前要确认内部清洁，特别是最后一道死口，要有质检人员的现场见证，确认内部清洁后方可继续进行。
（2）管道对口特别是大、中径管，严禁用焊丝或焊条作为对口间隙调整的工具，施焊前焊口内应无任何铁件，以免铁件熔化落入系统。
（3）焊接注意事项：焊口特别是横口氩弧打底时要从上方开始，并有旁人拿面罩监视，以防铁水（或氧化铁）落入管内。同样，返修口时一方面要用机械切割，禁止火焰切割，防止铁屑进入系统，另一方面要选派技能水平高的焊工进行打底，防止熔化的铁水进入系统，确保内部清洁。
（4）关联系统：冷段和给水为汽机进入锅炉的两大管道，根据介质的流向，杂物有可能顺着省煤器和低再进入锅炉系统，其内部是否清洁直接影响到锅炉受热面内部的清洁，极有可能导致锅炉爆管，建议项目部重视对汽机专业的宣贯，引起重视、共同把关。下图为冷段和省煤器进口集箱割管时检查发现的杂物（金属缠绕垫）照片。
7、吹管后的割管检查：
吹管后的割管检查为预防爆管的最后一道有效防线，应引起足够的重视。
（1）目的：系统经过蒸汽吹管，部分微型杂物能够随蒸汽吹出系统，体积稍大一点的仍滞留在系统内，个别死角也容易残留杂物，这就要求我们要想法清除干净这些杂物，保持内部清洁。
（2）机具要求：采用机械切割（下图所示），严禁火焰切割，恢复焊口的打磨应在检查前完成，以防系统二次污染。检查时采用内窥镜进行，对于死角，无论花费多大工夫，都要彻底检查清理干净，决不留下隐患。
（机械切割图片）
（3）割管检查部位：
主要考虑杂物在系统内易堵塞部位如缩孔、变径（大变小）、弯头、集箱内管口入口、过度集箱、水冷壁下集箱等部位。
（4）割管检查流程：
方案制定→机具准备（包括切割工具、焊口恢复如砂轮机和电焊机等）→技术交底→拆除保温（如有）→割管→焊口打磨→内部检查（眼观或内窥镜）→清除杂物→恢复焊口（包括必要的热处理工艺）→焊口检验合格→恢复保温。
为保证检查的效果和不被二次污染，应做到：①要安排责任心强和技术水平高的检查人和操作人完成该项工作，内窥镜要由专人且经验丰富的人操作；②割管检查现场要安排专人值班，禁止无关人员进入；③当天割开的焊口必须当天恢复完毕，严禁隔夜防止发生意外；④单个部位的割管检查应由同一个人完成，严禁倒手由于不熟悉出现漏洞；⑤切割管子的切口一定要与管子长度方向垂直，否则恢复时将变短而需要加插入管；⑥特别注意管口向上的管座或手孔座，严禁任何工具或焊材放入，要求检查清理完后立即恢复焊口，至少氩弧打底结束；⑦无论操作难度和强度多大，不能留下任何死角和有怀疑的地方；⑧横口恢复时要从上方开始焊口（氩弧打底）防止铁水落入管内；⑨焊口的恢复严格按照焊接和热处理工艺进行，并严格焊口检验制度（100%检验），以免发生焊口质量事故，得不偿失；⑩工作结束后清点工器具数量，确认无遗留在系统内；
（5）管排弯头处的检查：对于高温过热器和高温再热器等管排的底部弯头均小于90°，更容易堵塞杂物，又不可能把弯头全部割开检查，则可以通过透视拍片的方法，确认管内是否有杂物再确定是否割管清除。
（6）节流孔处的检查：由于节流孔数量较多，且位置离集箱较远不易直接检查，又不能全部割开检查，也可以采用透视的方法确认该处是否有杂物堵塞。
8、试运中的注意事项：
1）酸洗质量：严格按照酸洗流程进行，使用符合要求药品，保证管子内壁的酸洗质量，以免腐蚀脱落引起系统内壁不清洁。
2）吹管质量：严格按照吹管程序进行吹管吹管严格按照规范进行，间隔期间保留充足的冷却时间，不能一味的追求靶板质量，靶板合格后要尽可能的再多吹几靶。
3）点火前尽可能的进行大流量冲洗，确保系统内部清洁启动。
4）锅炉升温和升负荷的速度尽可能的缓慢进行（特别是第一次启动的锅炉更应注意），使管子有充分的暖管和“适应”时间；
5）注意积灰的影响，如管排上积灰太多或时间过长，同样容易导致管壁温度过高，对于容易积灰部位要定期进行吹灰，消除积灰的影响；
6）投吹灰器时要有专人值守，防止吹灰器卡涩吹伤管子引起爆管，某电厂正常运行时曾发生由于吹灰器卡死，高压蒸汽吹伤管子而引起爆管的事故；
7）试运时严密监视管壁温度和啸声报警装置（如有），如有异常应迅速做出判断并处理，防止事故扩大；
四、效果检验：
正是成功应用了上述锅炉爆管防治措施，才使得下列机组一次顺利通过168小时试运行，没有发生爆管事故。
表：措施实施后机组移交情况汇总表