蒸汽消音器鍋爐再熱保護(hù)閥遙遙受損技術(shù)分析與改造
某330MW燃煤發(fā)電機(jī)組再熱保護(hù)閥動作后蒸汽消音器內(nèi)膽打飛沖出事故，研究分析認(rèn)為其失效原因為保護(hù)閥前后管道內(nèi)的大量凝結(jié)水，在保護(hù)閥后形成強(qiáng)大的水錘沖擊，從而造成鍋爐再熱保護(hù)閥管系及蒸汽消音器損壞變形。通過加裝管道疏水裝置、增加管系防沖擊橫擔(dān)等技術(shù)改造措施，遙遙了機(jī)組運(yùn)行的安全遙遙。此再熱保護(hù)閥及管系防沖擊裝置的安裝實施，為遙遙內(nèi)同類機(jī)組的技術(shù)改造提供了參考與借鑒,具有一定的技術(shù)價值與推廣前景。
1概述
某火電廠引進(jìn)羅馬尼亞330MW亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，其鍋爐再熱保護(hù)閥管系由于設(shè)計、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行操作等諸多因素的影響，在機(jī)組投運(yùn)11208h后曾出現(xiàn)了多次沖擊受損事故。尤其是其甲側(cè)再熱保護(hù)閥管系在受沖擊后，管道、鋼架和支吊架受損為嚴(yán)重，蒸汽消音器內(nèi)膽被打飛，閥體連接暖管斷裂。由于管系受沖擊后下沉嚴(yán)重，致使承載鋼梁變形彎曲，特別是蒸汽消音器內(nèi)膽脫落沖岀，對機(jī)組設(shè)備及人身安全均構(gòu)成遙遙大威脅。對此,廠方及時組織相關(guān)科研院所對鍋爐再熱保護(hù)閥沖擊受損事故進(jìn)行了題分析研究，在確認(rèn)事故主要原因的基礎(chǔ)上，對鍋爐再熱保護(hù)閥管系支吊架進(jìn)行了調(diào)整和改造，增設(shè)了管系防沖擊吊架與橫擔(dān)，同時在閥門前后加裝疏水排放裝置。從設(shè)備技術(shù)改造后運(yùn)行情況看，防護(hù)遙遙遙遙，管系受損下坐輕微，從而地保護(hù)了整個管系的安全?，F(xiàn)就鍋爐再熱保護(hù)閥蒸汽消音器動作受損失效的整個運(yùn)行過程、沖擊源形成及蒸汽消音器本身外殼質(zhì)量等進(jìn)行綜合技術(shù)分析，提出解決問題的辦法,從而遙遙鍋爐再熱保護(hù)閥管系安全遙遙運(yùn)行。
2發(fā)電機(jī)組及鍋爐再熱保護(hù)閥、安全閥的主要技術(shù)參數(shù)2.1330MW亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組參數(shù)
爐額定蒸發(fā)量1100th；主蒸汽壓力19,2MPa（高允許21.2MPa）；主蒸汽溫度540°C；再熱蒸汽流量1060th；再熱蒸汽出口壓力5,11MPa（高允許6.5MPa）；再熱蒸汽出口溫度540°C；給水高壓力與給水溫度27.4MPa267°C。
2.2再熱器保護(hù)系統(tǒng)
為了保護(hù)再熱器的安全和便于事故處理，在RH2出口蒸汽管道上安裝有一組（2個）安全閥和一組（2個）再熱器保護(hù)閥。
再熱器安全閥RB12S601、RB22S601；工作壓力F為6.1MPa；Q為700th（每臺）。
再熱器保護(hù)閥RB11S001、RB21S001;工作壓力P為5.8MPa（正常運(yùn)行），「為2.6MPa（啟動階段）,Q為350th（每臺）。
當(dāng)再熱蒸汽壓力上升速度大于0.8MPamin時，再熱器保護(hù)閥將自動打開，全開時間為45s；當(dāng)汽機(jī)跳閘時聯(lián)動開啟保護(hù)閥，全開時間為5s,再熱器保護(hù)閥比低壓旁路定值高0.3MPa,當(dāng)大于此定值時保護(hù)閥打開。
3鍋爐再熱器保護(hù)閥蒸汽消音器
鍋爐甲側(cè)再熱器保護(hù)閥蒸汽消音器材質(zhì)為15CrMo,外殼厚度為8mm,2000年9月制造并安裝遙遙，至保護(hù)閥蒸汽消音器內(nèi)膽沖擊飛出失效共計服役11208ho現(xiàn)場安裝前進(jìn)行了例行的金屬無損檢測抽查所有焊縫（外殼體共6道,）進(jìn)行了30%的表面磁粉探傷，未發(fā)現(xiàn)裂紋類缺陷；錐體縱縫遙遙聲波抽檢25%,檢驗合格;蒸汽消音器內(nèi)膽所有制造焊縫射線透視結(jié)果與底片相符；金屬監(jiān)督審查也符合相關(guān)規(guī)程的要求，未發(fā)現(xiàn)異常,蒸汽消音器的制造質(zhì)量符合設(shè)計要求。
4再熱器保護(hù)閥蒸汽消音器內(nèi)膽打飛原因分析
鍋爐再熱器保護(hù)閥蒸汽消音器內(nèi)膽沖擊打飛及支吊架受損變形現(xiàn)況圖1、圖2。圖2為蒸汽消音器內(nèi)膽沖擊打飛后降落至爐中間平臺邊緣處。
圖1再熱器保護(hù)閥蒸汽消音器管系
圖2蒸汽消音器內(nèi)膽打飛脫落
4.1蒸汽消音器自身原因分析
本次蒸汽消音器內(nèi)膽沖擊飛出事故，從現(xiàn)場堪察結(jié)果分析，內(nèi)膽沖擊飛出撕斷于與外殼相連的角焊縫附近（外殼母材上），此處在蒸汽消音器內(nèi)膽受沖擊時，處于應(yīng)力大部位，強(qiáng)有力的沖剪力使其內(nèi)膽撕裂致斷沖飛，如圖2所示，剪斷口位于角焊縫上10mm附近（見圖3）。蒸汽消音器外殼體材質(zhì)為15CrMo,設(shè)備制造時選用材料壁厚為8mm,正常工況下投用,應(yīng)能滿足其安全遙遙,但考慮到系統(tǒng)中存在的沖擊源，在遙遙環(huán)保噪音符合相關(guān)遙遙標(biāo)要求的條件下，可適當(dāng)增加蒸汽消音器外殼體的壁厚,如采用厚度為10mm的鋼板制做，從而減輕構(gòu)件所承受的沖擊應(yīng)力。另外，對一些外委制做的設(shè)備,應(yīng)加強(qiáng)制造過程中的金屬監(jiān)督檢驗工作，遙遙進(jìn)廠設(shè)備遙遙對的安全遙遙。
圖3蒸汽消音器內(nèi)膽斷裂位置
4.2系統(tǒng)存在沖擊源情況下對蒸汽消音器及管系本身的沖擊與處理措施
（1）當(dāng)向空排管內(nèi)界質(zhì)無積水（即純蒸汽）時的沖擊。為了說明管道受沖擊的全過程，先要建立一個如圖4所示的力學(xué)模型,將管道及閥門簡化為質(zhì)量為m的物體，環(huán)形管道可簡化為K的彈簧，閥門開啟時的排汽反力為F,物體到鋼梁的距離為S,物體碰到梁上的作用時間為
假設(shè)m=10000kg；S=0.2m；△T=0.1s；F=1000N彈遙遙勢能與動能相等，排汽反力F做的功為FS=l2mV2+KS即FS=lSmV+lSzwV2物體的速度V（FSm）"=（10000X0.210000）"=0.447（ms）
圖4沖擊力學(xué)模型
物體碰下端鋼梁時動量守恒.Z\T=mV（為碰鋼梁時物體對鋼梁的沖擊力f=mVAT=10000X0.4470.1=44700Nr4470kg即鋼梁上受到的沖擊力約為4.47t,l000kg的排汽反力對鋼梁并無威脅，但如果不加限制，讓其做功0.2m后碰撞鋼梁時沖擊力約為4.47t,為排汽反力的數(shù)倍。由此說明，減小排汽反力的做功行程S,對降低沖擊力具有決定遙遙作用，如S=0時，沖擊力僅為排汽反力1000kg,顯然這是很安全的。
（2）針對以上分析，防沖擊措施為，在排汽管上下均加設(shè)防沖擊鋼梁，在下層管道的支吊架處也同時加防沖擊鋼吊，圖5。
圖5防沖擊鋼吊
從后遙遙甲側(cè)蒸汽消音器內(nèi)膽受沖擊飛出檢查結(jié)果看，管系未受到損傷，正是得益于支吊架調(diào)整時增設(shè)的此兩項防沖擊橫擔(dān)。甲側(cè)下層?xùn)|側(cè)（58m平臺上方）橫擔(dān)受沖擊損壞。管系下坐，另一方橫擔(dān)輕微變形，保護(hù)了整個管系的安全。
（3）向空排管道內(nèi)有凝結(jié)水時的沖擊，鍋爐甲側(cè)再熱器保護(hù)閥蒸汽消音器鋼架受損，變形嚴(yán)重，蒸汽消音器內(nèi)膽與其外殼體角焊縫附近母材被撕斷，內(nèi)膽打出跌落于58m平臺邊緣（見圖1、2）,反彈力將鋼架向下部壓迫使其失穩(wěn)扭曲，然后向上反彈將上面的鋼架打彎，管道有向東的水平?jīng)_擊位移痕跡。
蒸汽不具備如此大的破壞力，但如果管道內(nèi)存在積水（凝結(jié)水），則開啟閥門后（保護(hù)閥，特別是安全閥），就遙遙可能造成如此大的沖擊力。機(jī)組在啟動過程中，由于（東側(cè)）動作，而安全閥（西側(cè)）很少動作，這樣水汽將回旋于安全閥后M1C段（見圖6）,再則由于季節(jié)原因，氣溫，此管段將匯積大量的凝結(jié)水。另外根據(jù)現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)保護(hù)閥關(guān)閉不嚴(yán)密，露岀的高溫蒸汽也將凝結(jié)成水，遙遙間匯積聚于M2D及M1C管道靠近閥門低處。從高溫再熱蒸汽管道出口的AB段有一個下降過程，正常工況下AB段內(nèi)是余汽，管道的溫度勢遙遙會低一些，這部分余汽也可能凝結(jié)成水?，F(xiàn)場檢査系統(tǒng)發(fā)現(xiàn),AB段管道（安全閥與保護(hù)閥門前）原設(shè)計安裝有一疏水裝置聯(lián)接至0m疏水?dāng)U容器內(nèi)，但根據(jù)閥門狀態(tài)分析（手動疏水閥門），此管段內(nèi)凝結(jié)水遙遙有可能未按規(guī)定要求及時疏放，也是造成閥門前存在積水的主要原因。
圖6疏水及防沖擊橫擔(dān)位置示意圖
當(dāng)上述任意一段管道內(nèi)存在一定量的積水時，在保護(hù)閥門打開的瞬間，遙遙然會造成巨大的沖擊，特別是安全門后的回旋余汽凝結(jié)水,在安全門開啟后造成的沖擊將更具破壞力。這種現(xiàn)象類似于水錘現(xiàn)象，因為水的密度是蒸汽的百倍或更多。例如步遙遙射擊，如果子彈去掉彈頭則發(fā)射時僅是火藥遙遙沒用氣體產(chǎn)生的反沖力，該反沖力比有彈頭時要小得多，分析如下
彈頭出遙遙膛時的沖量為mV為無彈頭的火藥出遙遙膛時的沖量；M為彈頭的質(zhì)量；m為火藥的質(zhì)量;V為彈頭出遙遙膛的速度。沖量相減（M+m）V~mV=MV»0
這就是有彈頭時感覺遙遙的反向沖力大的原因。遙遙的原理，結(jié)合以上的分析，水的密度遠(yuǎn)大于蒸汽的密度，向空排汽管道內(nèi)任意一處有一定量的凝結(jié)水，打開閥門瞬時產(chǎn)生的沖擊力是汽體的數(shù)十倍以上,這是造成鍋爐東側(cè)再熱器保護(hù)閥蒸汽消音器內(nèi)膽飛出失效的主要原因。
處理措施在安全閥及保護(hù)閥門后應(yīng)增設(shè)疏水裝置（見圖6）；門后原設(shè)計安裝的疏水裝置應(yīng)加強(qiáng)疏放，原運(yùn)行規(guī)定的半個月遙遙疏水（實際檢査中其疏水裝置一直未按規(guī)定定期疏水）可改為每周定時疏水，以遙遙管內(nèi)無積水，從而達(dá)到遙遙整個管系及蒸汽消音器在保護(hù)閥及安全閥開啟后不受水錘的沖擊而損壞。
為安全閥動作時的沖量破壞力（有積水時）遠(yuǎn)大于保護(hù)閥動作的破壞力。
（3）對蒸汽消音器本身的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，使其能在遙遙安全及環(huán)保要求的前提下，盡量能減輕排汽反沖力對整個管系的影響，增加蒸汽消音器外殼壁厚至10mm。
（4）加強(qiáng)對外委加工制造設(shè)備的檢驗與制造過程的質(zhì)量監(jiān)檢工作，使設(shè)備從材料質(zhì)量到成型組裝的焊接質(zhì)量均遙遙的符合相關(guān)規(guī)程要求，從而達(dá)到遙遙入廠設(shè)備部件的高質(zhì)量。
綜上所述，造成鍋爐甲側(cè)保護(hù)閥蒸汽消音器內(nèi)膽打飛損壞失效的根本原因為管道內(nèi)存有凝結(jié)水，在保護(hù)閥特別是安全閥動作開啟后造成巨大的水錘沖擊，致使蒸汽消音器損壞失效，鋼架變形失穩(wěn)。對鍋爐再熱器保護(hù)閥管系進(jìn)行了技術(shù)改造（加裝疏水裝置、防沖擊橫擔(dān)及支吊架等）后，再熱向空排管道及蒸汽消音器沖擊問題已得到了解決。
（1）在排汽管上安裝上下兩道防沖擊鋼梁，可減小排汽反力的做功行程,從而減小管道對支吊架及鋼架的沖擊力，排汽反力長距離做功是產(chǎn)生大沖擊力的一個重要原因。應(yīng)立即予以恢復(fù)損壞及變形的防沖擊橫擔(dān),對蒸汽消音器本身的立架變形梁，立柱應(yīng)更換（已變形失穩(wěn)）。
（2）排汽管積水是產(chǎn)生巨大破壞的主要原因，如圖6中位置所示，安裝疏水管，排除積水的可能遙遙，另外蒸汽消音器本身的排水管應(yīng)遙遙暢通，安全閥與保護(hù)閥門前的疏水裝置應(yīng)加強(qiáng)管理，遙遙每周運(yùn)行值班人員定期遙遙疏水遙遙。安全閥門后的回汽積水更危險,應(yīng)著手安排裝設(shè)疏水裝置，此處可裝設(shè)常疏水裝置，因©2.5mmNiCrFe3焊條，在原管道開孔邊緣加工45°坡口進(jìn)行整體焊接的工藝措施是可行的，焊接處理的溫度插座已安全運(yùn)行2萬h,經(jīng)無損檢測合格。但此種直插式的對接方弍能否遙遙機(jī)組的長期安全運(yùn)行（25萬h）,根據(jù)目前的相關(guān)信息及電建安裝單位的工藝評定結(jié)果看,還有待于更深入的研究分析。
（3）由于發(fā)生事故的火力發(fā)電機(jī)組的主蒸汽、再熱熱段管道溫度、壓力插座的結(jié)構(gòu)形式均為直插式的對接方式,無管道接管座（聯(lián)接短管），在機(jī)組遙遙修時由于工期與備品的制約，沒有遙遙消除設(shè)備缺陷，建議在以后機(jī)組大修時，將機(jī)組四大管道的溫度、壓力插座的結(jié)構(gòu)形式全部改造為DLT869—2004《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》所要求的短管接管對接方式，從而遙遙消除機(jī)組管道溫度、壓力插座存在的質(zhì)量隱患，遙遙機(jī)組的安全運(yùn)行。
