PDF《超超临界锅炉螺旋管圈水冷壁检验技术研究*》

第27 卷第

5 期电站系统工程Vol.

27 No.5

2011 年9月Power System Engineering

28 文章编号:1005-006X(2011)05-0028-04 超超临界锅炉螺旋管圈水冷壁检验技术研究 * 上海市特种设备监督检验技术研究院 严祯荣 罗晓明 韩军曹锋摘要:结合螺旋管圈水冷壁的结构特点和变压运行的特殊要求,分析了设计、制造和安装过程中容易留下的安全隐患.有针对性地 提出在设计、制造和安装过程中如何运用合适的检验技术,建议运用设计文件鉴定、通球和内窥镜联合检查技术、γ射线检测技术和 TOFD 检验技术. 关键词:螺旋管圈水冷壁;

变压运行;

水动力不稳性;

烟温偏差;

γ射线检测技术;

TOFD 检验技术 中图分类号:TK223.25 文献标识码:A Research on Inspection Technology of Helical Tube Circle of Water-cooled Wall of Ultra-supercritical Boiler YAN Zhen-rong, LUO Xiao-ming, HAN Jun, CAO Feng Abstract:Combined with structure features of helical tubes circle of water-wall and special request under operating pressure mode, analyzes there are the main safety hidden trouble during the design, manufacture and installation. Pertinently put forward how to use the appropriate inspection technology during the design, manufacture and installation process, it was recommended that the appraisal of design document, the ball passing test joint with endoscopy inspection technology, γradiographic testing technology and TOFD inspection technology should be used. Key words: helical tube circle of water-cooled wall;

variable pressure operation;

hydrodynamic water power instability;

smoke temperature deviation;

γradiographic testing technology;

TOFD inspection technology 超超临界锅炉为了适应复合变压运行方式, 更多地采用 了螺旋管圈水冷壁结构型式来布置炉膛水冷壁. 国产化超超 临界锅炉螺旋管圈水冷壁的设计和制造技术基本上是从国 外直接引进的, 因此其产品的安全性能检验检测方面缺少试 验数据和经验可以利用;

加上国内对螺旋管圈水冷壁采用的 新材料的加工工艺和服役特性的研究还不够深入, 尤其是新 材料的长期运行的数据记录还很少, 这也给将来开展在用检 验带来困难.针对螺旋管圈水冷壁的新材料设计,复杂的结 构以及要经历低压、亚临界、超临界及超超临界压力变化过 程的服役特性,本文探索螺旋管圈水冷壁的设计环节、制造 环节和安装环节的安全检验技术, 以减少各生产环节留下的 安全隐患,提高螺旋管圈水冷壁产品的质量,增强其适应复 合变压运行的安全性能.

1 螺旋管圈水冷壁产品的主要缺陷 华能石洞口第二发电厂超临界直流锅炉运行

9 年反映 出的较大问题和炉管爆漏的统计分析表明, 超临界锅炉爆管 的主要原因在于制造和安装,和超临界压力无必然联系[1] ;

据统计, 超临界锅炉水冷壁的制造缺陷和安装缺陷造成的爆 管占总爆管数量达 63%[2] .螺旋管圈水冷壁结构较复杂,燃 烧器区域水冷套的管子根数多,开孔处、冷灰斗的制造及安 装工艺要求高,给制造和安装带来较大困难,难以避免在制 造安装过程中给水冷壁运行留下安全隐患.第一,焊接变形 [3] .在制造中,水冷壁单片管排的弯度及宽度尺寸控制要求 收稿日期:2011-04-29 严祯荣(1972-),男,博士,高级工程师,锅炉检验师,压力容器检 验师,国家注册一级安全评价师.上海,200062 *上海市质量技术监督局科技计划公益项目(No.2010-T02,No.2011-48) 严格;

每根管子的弯头多达 9-10 个,弯曲半径小,直段短, 弯管困难;

近几千只锻件弯头的管子对口焊接采用手工焊口 数量多;

此外还有大量的镶嵌扁钢的密集焊接.在安装过程 中,超长、超宽及管径较小的管排吊装组合困难;

尤其在螺 旋管圈与垂直管圈的连接过渡段的焊接工艺较复杂, 容易引 起变形;

水冷壁管无自悬吊能力,需要专门的结构来支撑自 身的重量以及燃烧器、刚性梁和其它部件的重量.这些都表 明,螺旋管圈水冷壁制造精度高,组装焊接困难,安装中水 冷壁系统的支撑困难多, 安装困难, 焊接变形难控制. 第二, 异种钢焊接接头缺陷和鳍片焊缝裂纹.制造过程中,为焊接 方便和减小焊接量,在焊接水冷壁管之间的鳍片时,部分焊 工擅自在鳍片间填加钢筋条施焊. 由于填存了性能不同的材 料,降低了材料的焊接性,不但使得钢筋条与水冷壁管不能 有效地焊接熔合, 而且导致相邻鳍片焊缝上产生了大量层间 未熔、密集性气孔、夹杂物及咬边等缺陷.此外,还常发现 焊接偏弧而使水冷壁管材烧损、减薄、产生微裂纹等面积性 缺陷的焊接质量问题.龙会国[4] 等在对超(超)临界锅炉的 制造及安装质量进行全面安全性检验时, 发现的主要问题之 一也是:鳍片焊缝裂纹.冯文吉[5] 在对超超临界锅炉水冷壁 爆管进行失效分析时,发现泄漏管于鳍片拼缝侧横裂泄漏, 其附近区域管子内外表面存在有许多平行的横向裂纹.第三,异物堵塞.螺旋管圈水冷壁管径小、弯头多,制造厂对 管内金属切削残余物、焊渣、孔加工残余物等异物往往未能 彻底清除,通球试验也不能有效检测到残余异物;

安装过程 对管口的封堵措施执行不力,安装中也会有新的异物落入, 安装后联箱清理不够彻底, 锅炉冲管后没有采取拍片检查等 措施来确定水冷壁内异物全部清除.因此,螺旋管圈水冷壁 第5期严祯荣等:超超临界锅炉螺旋管圈水冷壁检验技术研究

29 在制造安装过程中在管内留下的异物也是一个不可忽视的 安全隐患.

2 螺旋管圈水冷壁产品的检验技术 2.1 设计文件鉴定 螺旋管圈水冷壁的设计文件鉴定也是确保其产品制造 质量的一个重要检验环节,更是从源头搞好设计质量、减少 因设计不合理带来产品安全隐患的有效方法, 对于一种新的 螺旋管圈水冷壁设计可按设计控制系统模型[6] 提出的运作 方式实施鉴定. 国产化超超临界锅炉引进了国外很多的新设 计、新工艺和新材料,涉及锅炉的传热与水动力特性、动态 特性与热敏感性以及受压部件蠕变疲劳损伤的分析评定等 关键技术,还有待于进一步研究[7] .因此,螺旋管圈水冷壁 的设计文件鉴定的重点是新材料选用和结构设计两方面. 2.1.1 材料选用的鉴定 新材料的选用首先要符合对炉膛烟温偏差的热敏感性 小的原则,即要选用热敏感性系数小的材料.其次,在焊前 不预热、焊后不热处理的条件下,满足焊后热影响区硬度不 大于360HV

10、焊缝硬度不大于400HV10的有关规定.这主 要是螺旋管圈水冷壁组件尺寸和结构特点, 使其焊后不可能 在炉内进行热处理.水冷壁管子材料一般为SA-210 A

1、 SA-210 C、SA-213 T

2、SA-213 T

12、SA-213 T

22、SA-213 T

23、SA-213 T24 和15CrMoG 等;

水冷壁集箱材料一般为 SA-106 C、SA-335 P12.目前,SA-213 T23(HCM2S)、 SA-213 T24(7CrMoVTiB10-10)是超超临界锅炉螺旋管圈 水冷壁材料的最佳选择, 因为其不但具有较小的线膨胀系数 和较高的导热系数,可焊性好,而且其优良的材料性能保证 在膜态沸腾出现的区域的管壁温度小于材料允许温度. 2.1.2 结构设计的鉴定 在结构上,要提高对变压运行时的水动力特性、动态特 性的适应性.炉膛水冷壁实际吸热量份额的大小往往受煤 种、炉膛结渣程度、燃烧器投入层数、变压运行负荷以及高 加热器等因素的影响.选取较高的质量流速,设计的平均质 量流速与临界质量流速间留有足够的安全裕度, 特别是临界 点负荷区域, 这样可保证在任何工况下........