一起垃圾焚烧锅炉水冷壁泄漏事故原因分析及处理措施.pdf

文章编号:():./.一起垃圾焚烧锅炉水冷壁泄漏事故原因分析及处理措施收稿日期:高 波陆建兴董一真罗 安 (.杭州市特种设备检测研究院浙江 杭州 (.光大环境能源(杭州富阳)有限公司浙江 杭州)(.(.()摘 要:型号为 ./的垃圾焚烧锅炉多次发生水平烟道顶棚水冷壁管与集箱连接角焊缝开裂通过研究分析得出焊缝开裂由热交变应力造成提出相应整改措施及运行建议关键词:垃圾焚烧锅炉水冷壁热交变应力事故分析中图分类号:文献标识码:第一作者:高波()男大学学历工程师长期从事特种设备安全研究工作擅长锅炉事故鉴定分析及安全阀校验与维修相关技术工作引言随着我国经济和社会快速发展垃圾围城问题越来越严重如何安全、环保地处理垃圾是对当地政府的严峻考验 在国家政策扶持下垃圾焚烧处理占比逐年提高垃圾焚烧发电装机量呈逐年增长态势 随着垃圾焚烧发电工艺进步以及垃圾发电量增长市场对垃圾焚烧效率、处理能力等要求不断提升在此背景下垃圾焚烧行业将向着大型化、智能化、多元化以及高效化方向转变 本文对一台垃圾焚烧锅炉水冷壁集箱角焊缝开裂事故进行分析并提出整改措施及运行建议 事故概况某垃圾焚烧电厂 锅炉于 年 月 日出现一处水平烟道顶棚水冷壁集箱角焊缝开裂泄漏情况立即停炉换管返修后投入运行 锅炉于 年 月 日出现 处水平烟道顶棚水冷壁集箱角焊缝开裂泄漏情况(如图、图)停炉后立即组织进行换管返修并对水平烟道顶棚水冷壁集箱所有角焊缝进行 检测(如图)共发现裂纹 处(如图)开裂方向均位于炉内烟气侧 锅炉于 年 月 日停炉后组织检测人员对水平烟道顶棚水冷壁集箱所有角焊缝进行 检测(如图)共发现裂纹 处(如图)开裂方向均位于炉内烟气侧锅炉型号 ./制造日期 年 月于 年 月 日投入运行至发生泄漏累计运行 锅炉的工作压力为.顶棚水冷壁管材质为()集箱材质为:焊接材料为 焊条 原因分析该锅炉水平烟道顶棚采用水冷膜式壁结构由于焊缝开裂为 炉和 炉水平烟道的共性问题且开裂位置均位于烟道内向火侧可基本排除由于焊接质量引起的个别开裂现象 同时根据开裂处取样一起垃圾焚烧锅炉水冷壁泄漏事故原因分析及处理措施 图 现场泄漏照片 图 现场泄漏照片图 现场处理照片 图 炉水平烟道顶棚管泄露详细位置图 现场处理照片 图 炉水平烟道顶棚管泄露详细位置金相分析(如图 图)可见缺陷处管外壁有明显减薄焊缝熔合良好无明显焊接缺陷裂口两侧无明显脱碳形貌一侧为过热魏氏组织形貌一侧为晶粒细化后的铁素体珠光体有细微裂纹位于靠近熔合线位置的焊缝中穿晶开裂集箱和管接头材料均正常未出现干烧碳化现象 因此可排除由于材料劣化造成的裂纹根据图纸和现场观察可知水平烟道膜式壁和顶部支撑型钢是固定在一起的整体结构其中膜式壁是与烟道内烟气接触的支撑型钢位于炉外的保温层内在启炉阶段和停炉阶段膜式壁热面与烟道内图 试样宏观形貌的烟气进行直接换热管子金属温度变化迅速但支一起垃圾焚烧锅炉水冷壁泄漏事故原因分析及处理措施撑型钢是通过热传导和散热的形式进行温度的缓慢变化膜式壁和支撑型钢的热膨胀变化是不同步的启炉阶段烟道内烟气温度上升快速水冷壁的热膨胀变化量大于支撑型钢的热膨胀变化量停炉阶段烟道内烟气温度下降快速水冷壁的热膨胀变化量小于支撑型钢的热膨胀变化量容易产生热膨胀量差异所造成的巨大热应力 图 截面形貌 倍 图 焊缝形貌 倍 图 管子母材组织 倍 图 熔合形貌 倍 图 内壁位置缺陷形貌 倍 图 内壁位置缺陷形貌 倍 图 外壁位置缺陷形貌 倍 图 外壁位置缺陷形貌 倍 调取 锅炉的启停阶段运行数据发现启停炉过程时间非常短基本在 其中 年 月 日 月 日停炉时间仅为 远远低于常规垃圾炉建议的 的启停炉时间 以 年 月 日 月 日停炉阶段数据来核算 年 月 日:年 月 日:时间段内 的停炉过程一烟道顶部烟气温度由 下降到 (烟温变化率为./)水平烟道内的烟气温度由 降低到 (烟温变化率为./)水冷膜式壁的金属温度可取一起垃圾焚烧锅炉水冷壁泄漏事故原因分析及处理措施烟道温度 (主蒸汽温度由 降低到 主蒸汽压力由.降到.膜式壁内的工质温度取.工作压力下的饱和温度)此时支撑型钢的温度应仍在 以上(停炉时间越短支撑型钢的温度越高)烟道内水冷壁管子与支撑型钢的温度差异为 以水平烟道尺寸的一半(.)烟道内水冷壁管子金属温度低于支撑型钢的温度 来计算两者的热膨胀胀差量为.由于膜式壁外侧与支撑型钢通过密封钢板和加强钢板焊接固定此热膨胀胀差引起的应力完全靠膜式壁内侧的向火侧管子壁面来吸收由此造成向火侧强度薄弱的角焊缝处拉裂泄漏对于启炉阶段过程烟道内水冷壁管子金属温度高于支撑型钢的温度此热膨胀胀差引起的应力造成向火侧强度薄弱处的角焊缝处产生挤压 启停炉阶段过程时间越短暂管接头角焊缝所承受的拉力、挤压力越大启停炉越频繁此处管接头角焊缝的热应力交变次数越多越快速地疲劳损伤因此经结合材质化验和运行情况分析导致角焊缝裂开的原因为:启停炉过快导致水平烟道顶棚膜式壁与支撑型钢存在较大温差同时水平烟道顶棚膜式壁与支撑型钢的热膨胀胀差较大造成较大的热交变应力启停炉频繁导致水平烟道顶棚集箱管接头薄弱处的向火侧角焊缝出现疲劳损伤、开裂泄漏 整改措施及运行建议根据角焊缝开裂泄漏原因分析对、锅炉修复措施如下:()对于蒸发器前烟道顶棚、高温过热器前烟道顶棚、中温过热器前烟道顶棚膜式壁拆除更换为新的水平布置的膜式壁水冷壁管子与集箱垂直增强管接头焊缝的抗拉、抗压能力()对于蒸发器前烟道顶棚、高温过热器前烟道顶棚、中温过热器前烟道顶棚膜式壁切割集箱管接头用管帽封堵割除水冷壁作为绝热护板结构的骨架作用水平烟道中间上集箱增加蒸汽引出管接头通过连接管道引入顶部汇集母管()对于蒸发器前烟道顶棚、高温过热器前烟道顶棚、中温过热器前烟道顶棚膜式壁内表面焊接密集抓钉然后敷设 厚的耐火浇注料可以减缓膜式壁烟侧表面金属温度在启停炉阶段的温度变化率尽量保证膜式壁与外部支撑型钢的温度变化同步减小膜式壁的热应力对锅炉的运行建议如下:()建议一台锅炉维持稳定负荷长期运行另一台锅炉长期停炉备用不要两台锅炉频繁轮换依次运行否则一方面会增加启停炉所带来的燃料油损耗增加运行工作量同时会加速锅炉及辅助设备的疲劳损伤 实际经验证明事故及故障大多发生于启停炉阶段锅炉设备运行工况越稳定故障越少()每次启停炉过程均应严格按照操作规范进行控制启停炉过程间隔时间 以上同时要保证炉温上升速率和下降速率控制在 /以内锅炉升压时严格控制锅筒上下壁温差 根据锅炉锅水饱和温度的温升率及升压率控制升温升压速度()正常运行负荷特别是启停阶段应该维持主蒸汽压力、流量、炉内烟气温度变化平稳避免各运行参数的频繁、大幅度波动 结语由于目前垃圾焚烧锅炉设备制造商的设计理念各有不同缺乏运行经验及数据垃圾焚烧锅炉受热面不能形成统一的设计模式本文通过锅炉结构、材料及运行数据分析针对水冷壁角焊缝开裂情况提出整改及防范措施供设备制造厂家及运行人员参考力求垃圾焚烧锅炉长期、连续、稳定、安全地运行参考文献何育恒黎华李茂东等.垃圾焚烧余热发电锅炉隔墙水冷壁爆管事故分析与对策.工业锅炉():.刘萍肖勇.某卧式垃圾焚烧余热锅炉过热器爆管原因分析及改进措施.特种设备安全技术():.陈定光曹福想邓光.一起垃圾焚烧炉水冷壁爆管原因分析.发电运维():.韩舒飞.垃圾焚烧余热锅炉受热面爆管原因分析及防范措施.工业锅炉():.一起垃圾焚烧锅炉水冷壁泄漏事故原因分析及处理措施