1、第 34 卷 第 2 期 华电技术 Vol34 No22012 年 2 月 Huadian Technology Feb2012600 MW超临界机组水冷壁爆管原因分析及预防翁金钰( 福建华电可门发电有限公司 ， 福建 连江 350512)摘 要 : 600 MW 机组的螺旋水冷壁爆管原因较难查找 ， 主要是因为影响爆管的因素较多 ， 经过螺旋后无法直观判断对应的下集箱出口及上集箱进口位置 。通过对爆口管进行金相 、化学 、机械性能试验分析 ， 得出超温是水冷壁爆管的主要原因并给出了预防措施 ， 供爆管分析时参考 。关键词 : 螺旋水冷壁 ; 爆管 ; 超温 ; 砸伤 ; 原因分析 ; 预防措
2、施中图分类号 : TK 2233+1 文献标志码 : B 文章编号 : 1674 1951( 2012) 02 0013 03收稿日期 : 2011 06 130 引言福建华电可门发电有限公司 4 600 MW 机组锅炉是由上海锅炉厂制造的 SG 1913/25 4 M958 型超临界参数 、变压运行 、螺旋管圈直流炉 ， 采用单炉膛 、一次中间再热 、四角切圆燃烧方式 、平衡通风 、 形露天布置 、固态排渣 、全钢架悬吊结构 。其水冷壁分上 、下 2 部分 ， 上 、下部分水冷壁之间装设一圈中间混合集箱过渡 。整个炉膛水冷壁由炉膛上部的垂直段管屏与炉膛下部的螺旋段管屏组成 。螺旋管圈管子以
3、13949 8 倾角右旋螺旋而成 。1 水冷壁爆管情况2011 年 4 月 19 日 ，#2 锅炉 IR67( 锅炉标高 39m) 吹灰器处水冷壁管发生爆漏 ， 4 月 23 日右侧墙上水冷壁#98，#118，#138，#158 管超温报警 ， 其中#138 管最高温度至 569 。为防止情况进一步恶化 ，#2 锅炉于 23 日晚 12 时停炉检修 ， 在停炉降负荷过程中 ， 右侧墙下水冷壁出口#35 管温度也出现过异常升高现象 。爆口在吹灰器下方第 2 根管子上 ， 如图 1 所示 。爆管材质为 SA213 T12， 规格为 3810 mm 636 mm。截至此次爆管 ， 该锅炉已累计运行
4、31800h。为分析爆管原因 ， 现对爆管样品进行理化试验与分析 ， 爆管样品编号为 JS 2011 17 1。2 试验方法与结果21 宏观检查爆管的宏观形貌如图 1、图 2 所示 。爆管沿纵图 1 水冷壁爆管现场宏观照片向开裂 ， 爆口长约 55mm， 宽约 18mm， 呈鱼嘴形 。爆口边缘明显减薄至 1 mm， 呈楔形 ， 断裂面与外表面成一定夹角 ( 约 45) 。破口处内外表面氧化皮较薄 ， 内壁较为干净 ， 没有明显的腐蚀物 。图 2 爆口宏观形貌对管子爆口附近管径进行了测量 ， 测量结果见表 1。爆口末端管径最大胀粗率为 6 56%， 离爆口末端 200 mm 处管径最大胀粗率为
5、4 46%， 均超标 。该爆口具有过热爆管特征 。22 化学成分分析对爆管样品母材取样进行化学成分分析 ， 结果见表 2。由表 2 可知 ， 受检管样的化学成分符合14 华电技术 第 34 卷美国材料与试验学会 ( ASME) 标准对 T12 钢的技术要求 。表 1 爆口附近管子外径测量结果检查部位 外径 D/mm 胀粗率 /%爆口裂纹末端 ( 上方 ) 406 656爆口裂纹末端 ( 下方 ) 404 604爆口上方 100 mm 处 398 446爆口上方 200 mm 处 397 420爆口下方 100 mm 处 385 105爆口下方 200 mm 处 387 15723 金相检查截取
6、爆口边缘 、爆口裂纹纵向末端和爆口上方距爆口约 300mm 处管子的横截面进行金相检查 ， 浸蚀剂为 4% 硝酸酒精溶液 。金相试样在 OLYMPUSPME3 323UN 金相显微镜下观察并拍照 ， 检验结果如图 3 图 7 所示 。受检各部位的金相组织均为铁素体 + 珠光体 ， 但爆口边缘和爆口纵向末端的金相组织为过热不完全正火组织 ( 如图 3、图 4 所示 ) ， 且晶粒明显变形 、铁素体被拉长 ; 爆口纵向末端背火面和离爆口 300 mm 处向火面与背火面的金相组织正常 ( 如图 4、图 5 所示 ) ， 珠光体球化级别为 2 级 。如图 6 所示 ， 爆口边缘靠近外表面有蠕变裂纹和蠕
7、变孔洞 。爆口纵向末端裂纹如图 7 所示 ， 裂纹由外壁向内壁穿晶扩展 。24 拉伸性能试验截取爆口附近的管样加工成全壁厚纵向弧形拉伸试样 ， 按照 GB/T 2282002金属材料室温拉伸试验方法 的规定在 CMT5205 型微机控制电子万能图 3 爆口边缘尖端的金相组织试验机上进行拉伸试验 ， 试验结果见表 3。拉伸性能测试结果表明 ， 爆口附近管段试样的屈服强度 REL、抗拉强度 Rm均符合 ASME 标准的技术要求 。2 根向火面试样的断后伸长率 A 偏低 ， 不符合标准要求 。3 分析与讨论( 1) 从爆口的宏观检查结果看 ， 爆口处有明显的塑性变形 ， 管径明显胀粗 ， 爆口边缘减
8、薄 ， 该爆口具有过热爆管特征 。破口处内外表面氧化皮较薄 ，说明该管爆管前超温运行时间较短 。( 2) 化学成分分析结果表明 ， 管子材料符合标准要求 ， 没有错用钢材 。( 3) 金相检查的结果表明 ， 爆口边缘 、爆口纵向末端向火面的金相组织均为铁素体和重新相变的珠表 2 爆管样品母材的化学成分分析 %样品编号及技术要求成分C Mn Si S P Cr MoJS 2011 17 1 01000 04000 02300 00024 00110 10000 05000SA213 T12 技术要求 0050 0150 0300 0610 0500 0025 0025 0800 1250 044
9、0 0650图 4 爆口纵向末端向火面和背火面的金相组织第 2 期 翁金钰 : 600 MW 超临界机组水冷壁爆管原因分析及预防 15图 5 离爆口 300mm 处向火面和背火面的金相组织图 6 爆口边缘外表面蠕变裂纹和蠕变孔洞表 3 拉伸性能测试结果样品编号屈服强度REL/MPa抗拉强度Rm/MPa断后伸长率 A/%备注JS 2011 17 1 1 370 4800 315 背火面JS 2011 17 1 2 390 5450 265 向火面JS 2011 17 1 3 630 165 向火面JS 2011 17 1 4 335 4600 330 背火面SA213 T12 技术要求 220
10、4150 270光体 ， 是不完全正火组织 ， 说明其过热温度处在AC1 AC3 两相区 。( 4) 拉伸试验的结果表明 ， 爆口附近管段试样的抗拉强度 Rm均符合 ASME 标准的技术要求 ， 但向火面 2 根试样的抗拉强度大大高于标准要求 ， 说明向火面管子发生不完全正火相变后由于部分晶粒细化使强度升高 ， 但延伸率会降低 。4 过热原因分析#2 锅炉水冷壁管发生短时过热爆管 ， 导致爆管的原因可能是下方管子泄漏或通流部分局部堵塞 。为弄清爆管的原因 ， 对爆管的整根管路进行全面图 7 爆口纵向末端裂纹形貌检查 。沿着爆管的管路进行检查 ， 该管爆口上方管子颜色明显与边上不同 ， 颜色变黑
11、 ( 如图 8 所示 ) ， 特别是进入中间联箱之前的管子 ， 可以与边上的管子明显区分开来 。爆口下方的管子颜色也发生变化 ， 沿着该管进行检查 ， 发现在冷灰斗折角上方 5 m 处有一个 5 mm 8mm 的漏点 ， 如图 9 所示 。漏点在凹入处 ， 漏点附近的管壁磨损减薄 ， 管壁颜色为铁红色 ， 较为正常 ， 应该是锅炉燃烧后生成的大焦块碰砸所致 。( 下转第 21 页 )第 2 期 胡友安 ， 等 : 门式启闭机门架结构静 、动力学分析 21象的参考 。( 4) 从自振频率表可以看出 ， 该门机的固有频率较小 ， 当外部激扰的频率接近表中的频率时 ， 有可能产生较大的振幅 ， 使结
12、构受到损害 ， 因此 ， 可通过修改设计改变整机振动出现的频率范围 ， 以增强抗振性能 。在实际操作过程中 ， 应尽量平稳启 、制动 ，以减小振幅 。( 5) 在 ANSYS 软件中采用有限单元法能较好地研究门式启闭机的静力学和动力学特性 ， 是一种有效的方法 。从应力变形值和固有频率值来看 ， 该门机是安全可行的 ， 但余量不多 ， 可以采取优化设计 、减轻门机重量等方法来增强各方面的性能 。参考文献 : 1 李权才 ， 李恒灿 ， 武翠荣 启闭机金属结构有限元分析 J 华北水利水电学院学报 ， 2010， 31( 3) : 68 70 2 余永健 ， 刘红彬 ， 段明德 门式起重机结构强度
13、有限元分析 J 煤矿机械 ， 2009， 30( 11) : 90 92 3 徐芝纶 弹性力学简明教程 M 北京 : 高等教育出版社 ， 2002 4 刘延柱 ， 陈文良 ， 陈立群 振动力学 M 北京 : 高等教育出版社 ， 1998 5 张亚军 基于 ANSYS 软件的门式起重机金属结构的参数化设计及疲劳寿命分析 D 成都 : 西南交通大学 ， 2009 6 催华伟 龙门起重机门架结构的参数化设计 D 武汉 :武汉理工大学 ， 2009 7 SL 411993， 水电工程启闭机设计规范 S 8 胡宗武 ， 阎以诵 起重机动力学 M 北京 : 机械工业出版社 ， 1988( 编辑 : 刘芳
14、)作者简介 :胡友安 ( 1963) ， 男 ， 湖北武汉人 ， 副教授 ， 从事机械设计及理论方面的研究 。徐婷 ( 1987) ， 女 ， 湖北天门人 ， 在读硕士研究生 ， 从事机械结构强度分析理论及结构的可靠性设计方面的研究( E-mail: ting1022163 com欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍) 。( 上接第 15 页 )5 结论( 1) 此次水冷壁爆管是大块结焦落下砸伤冷灰斗处水冷壁管所致 ， 因砸伤部位的水冷壁管漏点较小 ， 给水流量没有发生明显变化 ， 但该管路砸伤部位以上的管段管内介质流量减少 ， 运行一段
15、时间后 ， 水冷壁热负荷最高地方的管壁温度达到了钢的下临界点温度以上 。钢在这样高的温度下短时抗拉强度急剧下降 ， 在介质压力的作用下 ， 温度最高的向火侧首先产生塑性变形 ， 管径胀粗 、管壁减薄 ， 随后发生爆破 ， 即发生了短时过热爆管 。( 2) 对管口处进行割管更换 ， 对颜色变化明显的进入中间联箱处的管子进行割管检查 ， 通过机械性能试验及金相分析 ， 该段管机械性能下降 ， 所以全部进行了更换 。( 3) 为防止冷灰斗处的水冷壁被砸伤 ， 在水冷壁管上焊接防磨条 。( 4) 分析燃煤特性 ， 进行燃烧调整 ， 防止大焦块的形成 ， 定期进行吹灰 。参考文献 : 1 董红年 高温过
16、热器 T92 钢爆管原因分析 J 华电技术 ， 2011， 33( 3) : 24 28 2 陈建军 某电厂#2 锅炉水冷壁管泄漏原因分析 J 华电技术 ， 2011， 33( 1) : 53 54( 编辑 : 白银雷 )作者简介 :翁金钰 ( 1969) ， 男 ， 福建莆田人 ， 工程师 ， 从事电厂金属材料的焊接 、热处理 、无损检测 、锅炉检修等方面的工作( E-mail: yaya0598126 com) 。第 2 期 Abstracts 7712 02 01 Analysis on optimization of steamsealing gap adjustment for 60
17、0MW steam turbineDU Jinwei， JU Qiang， ZHANG Qingguo( Huadian Interna-tional Zouxian Power Plant， Zoucheng 273522， China)Abstract: The steam sealing gap is a major factor influencing onthe thermal efficiency and thermal economical performance ofsteam turbine， and its adjustment method is especially i
18、mpor-tant The total process of semi-installed cylinder steam sealinggap adjustment for the subcritical 600MW steam turbine of Hua-dian International Zouxian Power Plant was expounded Variousfactors influencing on the accuracy of semi-installed cylindersteam sealing gap adjustment were analyzed The n
19、ew technologyof fully-installed cylinder steam sealing gap optimal adjustmentwas introduced Based on experiment， a satisfactory result of the600MW turbine steam sealing gap optimal adjustment was ob-tained The optimal adjustment scheme can provide a referencefor persons of the same professionKey wor
20、ds: steam sealing gap; semi-installed cylinder; fully-in-stalled cylinder; optimal adjustment12 02 05 Optimization measures of energy-sav-ing for 600MW thermal power unitYANG Chengqiang， YANG Jianping( Huadian Inner Mongo-lia Energy Corporation Limited， Baotou Power GenerationBranch Company， Baotou
21、014013， China)Abstract: Take 600 MW thermal power unit of Huadian InnerMongolia Energy Corporation Limited Baotou Power GenerationBranch Company as the example， overall analysis was done forits circulating water system， boiler combustion system， soot blo-wing system， auxiliary system， the optimizati
22、on measures forcombustion， steam turbine sliding pressure， circulating watersystem， condensate pump motor frequency reformation， glandseal reformation， dewatering pipe rearrangement， etc were im-plemented， the favorable energy-saving effects were obtainedKey words: 600 MW thermal power unit; energy-
23、saving andcost-reducing; optimization measure12 02 07 Application of oxygen soft measure-ment system in 600MW supercritical boilerZHOU Liqun1， ZHANG Bifang2， XU Zhongchuan1( 1 FujianHuadian Kemen Power Generation Company Limited， Fuzhou350512， China; 2 Fujian Huadian Zhangping Thermal PowerCompany L
24、imited， Zhangping 364400， China)Abstract: The problems existing in traditional oxygen meteringand the advantages of the soft oxygen measuring system were an-alyzed The soft oxygen measurement system had been used in a600 MW supercritical boiler; the oxygen control was optimized;the power consumption
25、 of air and flue gas system was reduced;the boiler operation safety was ensured， and the boiler operationefficiency was enhancedKey words: boiler; oxygen soft measurement system; oxygencontrol; air and flue gas system; efficiency12 02 11 Improvement and perfection of flamedetector system of 600MW un
26、it boilerDONG Maoliang( Harbin Third Power Plant of Huadian EnergyCorporation Limited， Harbin 150024， China)Abstract: The problems existing in operation process of flamedetector system of two 600 MW units in Harbin Third PowerPlant of Huadian Energy Corporation Limited were introducedThe main reason
27、s， which cause the flame to be unstable， wereanalyzed The flame detector system had been improved and per-fected; its sensitivity and reliability were increased greatly; andthe safe and reliable operation of the units was ensuredKey words: 600 MW unit; boiler; flame detector system; im-provement12 0
28、2 13 Analysis and prevention of tubecrack of water wall in 600MW supercritical unitWENG Jinyu( Fujian Huadian Kemen Power Generation Com-pany Limited， Lianjiang 350512， China)Abstract: Due to that there are many factors influencing on thetube cracking fault， and it can not judge the positions on low
29、header outlet and upper header outlet corresponding with the spi-raled tubes intuitively， it is difficult to find the reason of tubecracking of spiral water wall in a 600 MW unit Based on themetallographic analysis， the chemical analysis and the mechani-cal test of the cracked tube， it was found tha
30、t the main reason ofthe water wall tube cracking is overtemperature， and the preven-tive measures were given， which provides certain reference fortube cracking analysisKey words: spiral type water wall; tube cracking; overtempera-ture; hurt; reason analysis; preventive measures12 02 16 Static and dy
31、namic analysis on framestructure of gantry gate hoistHU Youan1， XU Ting1， GU Xiaofeng2( 1 College of Mechan-ical and Electric Engineering， Hohai University， Changzhou213022， China; 2 Jiangsu Taihu Lake Water Conservancy Plan-ning and Design Institute Company Limited， Suzhou 215128，China)Abstract: Ai
32、ming at the frame structure of the gantry gate hoistof a dam， the finite element analysis model was established inthe large finite element analysis software ANSYS According tothe practical operation process of the hoist in hydropower station，several typical conditions were selected; and under differ
33、ent loadcombination， the static characteristics of each condition were an-alyzed and calculated; and the rigidity and the strength of thestructure were verified In order to research the dynamic charac-teristics of the frame structure， based on the vibration mechan-ics， using the modal analysis metho
34、d， the natural vibration char-acteristics of the structure were analyzed; and more exact and in-tuitive natural frequency and vibration type were obtained Theresult shows that the frame structure of the gantry gate hoist issafe and feasible， but there is stress concentration in someparts， the natura
35、l vibration frequency of whole machine is smal-ler， and the parts with larger stress should be reinforced， and itsstructure design should be optimized properlyKey words: ANSYS software; gantry gate hoist; frame struc-ture; statics and dynamics; analysis; optimization12 02 22 Design of large sector gate of naviga-tion drainage sluice in Jinqing Old PortZHOU Jun1， YU Honggang2， XIE Lihua1( 1 Zhejiang WaterConservancy and Hydropower Survey and Design Institute， Han-gzhou 310002， China; 2 Luqiao District Water Conservancy andMarine Fisheries Bureau， Taizhou 318050， China)
