炉外管爆漏与预防

  仪器信息网 ·  2007-08-10 21:40  ·  38258 次点击
锅炉外部管包括四大管道、各类导汽导水管、热力系统的疏水、排污、取样、放空管等,这些管道穿越空间大,走向复杂,介质温度、压力高,所以,炉外管的爆破具有损失大、杀伤力强、后果难以预料和控制、严重威胁现场工作人员的生命安全的特点。
近年来,炉外管道的爆破呈频繁发生态势,造成重大人员伤亡。防止炉外管爆漏已成为火电厂一个非常紧迫的任务,分析查找各类炉外管爆漏成因,对于从根本上解决炉外管爆漏至关重要。
锅炉外部管道爆漏一般是由热应力开裂、疲劳损伤、腐蚀、磨损、高温组织损伤、焊接缺陷等原因引起的,并且往往是多种因素共同作用的结果,原因不同,损伤的机理和发生的部位也有所不同。
1管道热应力开裂运行过程中,特别是机组启停时,管道在高温介质的作用下,要发生较大的弹性变形,如果管道本身没有足够的伸缩空间,管系支吊装置布置不合理,使管道膨胀受阻,变形将转变成热应力,加载于某个易产生应力集中的部位,热应力的加载使该位置的合成应力大于材料在该温度下的强度极限,即引起过载开裂。对炉外管而言,热应力开裂常发生在新机组刚投产时以及在役机组启停或管系受冲击时,发生的部位以管系的疏水管、排污管等附属小管的角焊缝为主。由于热应力开裂多以设计、运行因素为主,
首先要从结构设计上解决热膨胀受阻的问题,在管路中布置一些伸缩段,吸收冷热变形量,避免热应力加载于管路的第一个角焊缝;
其次,易受热应力影响的疏水、排污等接管的管座应设计为补强型接管座,以提高接头强度和起始管段的刚度;
第三,运行过程中应按规程操作,避免管路瞬时冲击载荷过大。对于存在上述不利因素的管路,在检修中应加强对管座角焊缝的外观检查和表面探伤,以期早期发现,早期处理。
2疲劳开裂热力管道在机组启停、调峰或局部退出运行时,随着参数的变化将产生幅度不同的交变热应力;也可能由于管系支吊装置失效或管内介质冲击力作用,使管道发生振动,引起交变的机械应力。无论是热交变应力还是机械交变应力,当它加载于管道时,将会在管道的某个部位形成复合交变应力峰值,若应力交变周期达到材料疲劳寿命时,将产生疲劳裂纹,裂纹在运行过程中不断扩展并引发爆破。疲劳损伤发生在热力管道三通、角焊缝以及冷热介质结合处的阀体、管道内壁和对接焊缝。热力系统管道随机启停和调峰,不可避免地受热交变应力的影响,但应使交变应力幅值尽可能小一些,这样可以延长疲劳寿命。按规定的曲线启停机和升降负荷是减小交变应力幅值的最有效办法,同时管系支吊装置承载正常可以避免管道振动引起的机械疲劳。疲劳裂纹是在运行过程中形成并逐渐扩展成宏观裂纹的,结合机组大中修,采用超声波探伤检测三通角焊缝、管道开孔内表面、冷热介质结合处的对接焊缝,能有效发现早期疲劳裂纹,避免爆破事故的发生。
3腐蚀泄漏在南方地区,由于雨水较多,空气潮湿,露天锅炉的热力系统外部管道的保温材料常常会吸收雨水,潮湿的保温材料使管子外表面氧化十分有利,铁与水分中的氧结合生成三氧化二铁,这样管子外壁不断减薄,当管壁减薄到其强度不足于抵抗实际工作应力时,就会发生管子泄漏。这种外表面腐蚀泄漏常发生在被雨水淋到的锅炉疏水管、取样管、加药管、放空管、充氮管等零星小管,这些管子管壁薄、保温材料相对较厚,水分相对较多。露天的加药、取样、以及热工仪表小管,应尽量采用奥氏体不锈钢管,而疏水、排污、减温水放空管等则可在一些重点腐蚀段刷上高温银粉漆,以避免发生外壁氧腐蚀。另外保温外护铝皮对避免或减少雨水渗入也能起到一定作用。对于运行时间较长的机组,没有较好的防腐时,可以结合大修,分批拆除炉外小径管保温,检查腐蚀情况,当剩余壁厚小于原厚度的2/3或不能满足强度要求时,必须换管。
4磨损泄漏与锅炉受热面管飞灰磨损截然不同的是,炉外管的磨损主要是管子内壁水击造成的,由于介质本身是水或者是有凝结水的蒸汽,在有明显压差如定期开启的阀门、泄漏的阀门后,形成湍流,水滴冲刷管子内壁,引起壁厚减薄而造成爆漏。热力管道内壁水击磨损常发生在疏水排污管、压力平衡管的门后直管段、附近弯头、疏水母管对冲位置,其中锅炉的定期排污和连续排污管内壁磨损最为明显。
5组织老化和蠕变损伤主汽管、再热热段管以及各类导汽管都是在高温状态下工作,长期运行过程中,会出现组织老化,如珠光体球化、石墨化、合金元素在固溶体和碳化物间的再分配以及高温蠕变孔洞的形成等,一旦出现组织缺陷,将破坏材质的连续性,使材质机械性能恶化,最后无法承受正常工作压力而爆破。高温管道的组织老化和蠕变损伤是非常复杂的变化过程,此处不作赘述。对蒸汽参数进行考核,防止机组超温运行,将有效遏制主汽管、再热汽管、导汽管早期组织损伤。定期选择有代表性的管段如炉出口第一个弯头进行金相组织分析、蠕胀及圆度测量,掌握管道组织状况和变化发展规律,必要时可以进行安全性评价,对管道寿命做出评估,防止组织老化和蠕变损伤引起的爆漏。
6焊接缺陷引起的泄漏从技术上讲,炉外管的焊接在火电安装与检修中处在两个极端,一是主汽、再热汽等大中口径管焊接技术要求高、领导重视、质量控制严,另一方面疏水排放管等零星管路技术比较粗糙,有关人员重视不够、施工随意性大、检验比例低,所以,炉外大中口径管焊接质量好,运行中不易发生爆漏,而零星小管焊缝运行中的泄漏却屡见不鲜。零星管路焊缝泄漏通常是因为焊缝中存在气孔、夹渣、未焊透、咬边等缺陷,运行过程中,在外部因素(如腐蚀、超压、管路冲击等)的作用下,因有效壁厚不能满足强度要求而发生泄漏。焊缝是管路中最薄弱的环节之一,其质量的好坏会直接导致泄漏或加剧管道泄漏,炉外热力系统大中口径管的焊接关键在防止错用材料和控制热处理工艺,在进行100%检验的基础上质量就有了保障。对于一次门前的炉外零星小管,应避免采用质量不好监控的插接接头,改为对接接头,再采用先进的氩弧焊打底技术和提高检验比例,可保焊接质量。而对那些已经存在的插接接头,结合大修进行外观检查,对有明显腐蚀或焊脚尺寸偏小的,应即时进行补强焊接。综上所述,尽管锅炉外部管道的爆漏与设计、制造、运行或检修有关,电厂也难以控制设计制造因素,机组启停调峰等不利的运行条件不可避免,但可以通过加强对管道的检查监督,对异常情况的分析和研究,以及对问题的处理和改造来完善设计制造中的不利因素,提前发现运行中管道早期损伤,以达到避免恶性爆漏事故、减少一般性炉外管泄漏事故的目的。

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