锅炉穿屏管与屏式过热器存在机械磨损问题的研究

摘 要： 屏式过热器是锅炉过热器系统的的一个重要组成部分，由于处于炉膛温度较高的区域，在高温烟气扰动下，管排与管排、管与管之间会来回晃动，产生摩擦，从而导致炉管磨损泄漏。通过对穿屏管与受热面管之间磨损机理的研究，找出原因，设计出一个恰当的防磨装置，将因为机械磨损导致屏式过热器泄漏的的可能性降到最低，保证锅炉安全稳定运行。

关键词：磨损 热处理 焊接 检查 覆盖 烟气

Abstract： Screen superheater is an important part of heater system，as a result of being High temperature furnace area，In the high temperature flue gas disturbance will sway back and forth between the tube rows， pipes and tubes， friction， wear and tear resulting tube leak. By studying the mechanism of wear between the tube and the heating surface wear screen tube， to find out why， to design a proper wear devices， will lead to the possibility of Mechanical abrasion because platen superheater minimize leakage and ensure the safety of boiler stable operation.

Key words： wear； Heat treatment； Welding； Check； Cover； The flue gas

中图分类号：TK223.6 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）08-0266-02

引言

历来屏式过热器是防磨防爆检查的重点，而穿屏管与管排的接触位置又是检点中的重点，这是因为由于在屏式过热器位于炉膛上方，烟气温度较高的区域，在高温烟气的扰动下。管屏间的晃动会产生机械摩擦，从而导致磨损，最终随着管壁的减薄，产生爆管现象。

一、实施背景

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司（下称托电）历年由于锅炉四管爆漏造成的非计划性停运事故占机组非停64%的比例，而由于机械磨损在此之中又占一半以上比例。此次利用托电公司8号炉小修的机会，实施对主要存在机械磨损的屏式过热器进行技术改造。

二、设备简介

托电8号锅炉型号：DG2070/17.5-Ⅱ4；亚临界参数、自然循环、前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、紧身封闭、全钢构架的π型汽包炉，再热汽温采用烟气挡板调节，空气预热器置于锅炉主柱外。

屏式过热器位于炉膛的上方，为全辐射式受热面。沿炉膛宽度方向布置有16片，横向节距S1=1265mm，纵向节距S2=43mm。为减少同片管屏间的热偏差，沿炉膛深度方向每片管屏由前屏和后屏两小屏组成；每小屏由29根Φ38×6管子组成，绕制成U形，进口段采用12Cr1MoVG材料，出口段采用SA-213T91材料。全辐射的屏式过热器直接吸收炉膛的辐射热，这样把辐射式过热器与对流式过热器组合在一起的固有特性，使其能够在保证的温度调节范围内有一条比较平滑的特性曲线。

为改善管子固定并减少结渣，屏式过热器管屏设有3层回绕管和8根夹持管；屏式过热器夹持管规格为Φ38×6，进口段采用12Cr1MoVG材料，出口段采用SA-213T91材料，共布置有8根。屏式过热器底部为保证管屏的平整，防止管子的出列、错位和焦渣的生成，布置成三井・巴布科克独有的底部膜式壁结构。

屏式过热器采用了短分配集箱与母管相连的柔性连接方式：每一片屏式过热器受热面管屏与一根短分配集箱连接，短分配集箱再通过连接管与屏式过热器的进、出口母管集箱相接。

1.设备简图

2.泄漏部位

托电公司8号炉本次受热面泄漏点位置是在后屏过热器入口段穿屏管处，前数第1根管后侧表面，具置见图一。从前数第一根（图中为1号）泄露的受热面管之外，此处的穿屏管（图中为3号）也因为机械磨损而管壁减薄超标，另外，前数第2根管（图中为2号）的前侧表面因受到泄漏蒸汽的吹扫，导致管壁减薄超标。现场实际图如下：

从现场照片来看，这属于典型的由于机械磨损造成的锅炉试管泄漏，锅炉在运行过程中，产生的高温烟气流速最高可达9～10m/s，因此会对受热面产生横向的作用力，使管排中的管束产生相对运动，从而产生碰撞摩擦，长此以往，试管管壁在内受高压蒸汽压力外受机械撞击力的情况下，磨损减薄泄漏。

三、防磨装置的设计思路

根据此类受热面穿屏管的特点，可以在管上设计一种限位装置既可以防止管与管之间的晃动，又可以防止其产生碰撞摩擦。下面对在这种焊接在管子上的限位装置可能出现的问题，进行探讨。

1.设计问题

锅炉受热面管在运行中受热后会产生变形、膨胀和位移。因此对定位连接卡块有一定的连接要求，即不管如何定位，都不能加大定位连接件处的应力集中，要始终保持其能自由膨胀通畅。

2.焊接问题

定位连接卡块的加装势必会引起定位部位的应力变化。因此，使用焊接方式安装卡块会对连接部位的焊缝质量要求较高，不能因为焊接质量不好，加剧定位卡块与受热面管焊接部位的热应力，从而提高失效的概率。

3.检验问题

由于穿屏管横穿整个后屏过热器，所以需要焊接的部位很多，安装限位卡块的部位不易检验，故一旦金属检验不到位出现问题，就会造成泄漏事故。因此，凡是需要焊接卡块的地方，必须经金属人员进行人处理及检验合格。

4.限位块形状设计

5.限位卡块的安装

由于大唐托电8号炉后屏过热器穿屏管材质为T91，故选用的的卡块材质尽量使用相同材质的材料，避免使用其他钢材造成异种钢焊接产生的焊接热应力使焊接接头失效。

焊接T91钢的主要问题除了要防止焊接裂纹外，还要注意控制好焊接区域的保护，防止熔池和近缝区金属的氧化，并控制好焊接工艺条件，以便确保必要的焊缝韧度和防止过低的焊接接头热强系数。

6.效果检查

2014年2月穿屏管改造完成以来，托电公司8号炉屏过改造部位还还没有因为机械磨损引起的爆管事故。

四、结束语

托电公司历年的机组非停事故，因四管爆管泄漏造成的停炉占很大一部分比例。其中，机械磨损在磨损原因分析中又占到较大的比例，所以锅炉专业的防磨防爆检查至关重要，发现问题，及时汇报，及时处理，有了这次穿屏管改造的成功经验，利用机组检修、停备等间隙我们准备把这项防磨措施的技术改造，应用到其他机组，努力降低因机械磨损造成的爆管事故。贯彻落实大唐国际的总体要求和部署，持续推进可靠性管理工作，强化基础管理，开展隐患治理，深入开展“设备降缺陷”和“机组降非停”活动，稳步提升设备可靠性，控制机组因“四管”泄漏非计划停运的发生。

参考文献

[1]《电站重要金属部件的失效及其监督》蔡文河、严苏星编著

[2]《火电厂高温部件剩余寿命评估》周顺深 著

[3]《锅炉设备检修》 鄢晓忠（主编）.锅炉设备检修[M]. 北京：中国电力出版社，2009：141-154.

作者简介：李晓东，（1985-），男，助理工程师 长期从事锅炉本体检修技术指导工作。