4 號機組鍋爐磁翻柱液位計的優化改造

 

1　設備概況

　元電公司 4 號機組 600MW 鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠設計制造，為亞臨界壓力，一次中間再熱，控制循環汽包爐，固態排渣。鍋爐設計為平衡通風，直吹式四角切圓燃燒，單爐膛倒 U 型布置。設計煤種為平莊褐煤。爐膛四周敷設內螺紋管膜式水冷壁。過熱器系統分別由分隔屏、后屏、末級過熱器、立式低溫過熱器和水平低溫過熱器等組成；液位計系統分別由墻式、屏式和末級液位計三部分組成。

 

　4 號鍋爐液位計分為兩級，頂裝磁翻柱液位計安裝在爐膛上部的前墻和兩側墻的前部，緊靠在水冷壁管上靠輻射換熱，即墻式液位計。二級液位計分兩段，前段為半輻射式即液位計、后段為對流式即末級液位計，兩段之間沒有聯箱，只是在爐外進行管屏的變排。

 

　4 號鍋爐液位計布置在鍋爐上方折煙角位置，順流布置，管排共計 52 排，每排 22 根，同一管排間采用卡塊固定，中間設置夾管，共同起到固定管排的作用，管排外 1 材質 TP304，外 2- 外 8 均為12Cr1MoVG。

 

2　漏泄統計

　2007 年機組投產至今，4 號鍋爐液位計共發生漏泄 8 次，將2007 年至今發生的所有漏泄按其發生的直接原因進行統計，結果見下表。

3　4 號鍋爐液位計存在的主要問題

　從上表的統計中可以看出，4 號鍋爐液位計主要為制造缺陷及卡塊開裂，分別占總漏泄次數的 50%,25%。結合漏泄情況綜合分析，4 號鍋爐液位計漏泄主要由以下原因：

 

3.1　液位計管排設計材質偏低，存在長期過熱缺陷

　4 號鍋爐液位計外 1 管圈材質為 SA-213TP304H，其它管圈材質為 12Cr1MoV，近年 4 號鍋爐大量燃用白音華煤，全水份達到 30%以上，遠超設計煤種，導致滿負荷時對流受熱面各段煙氣溫度、流量、流速已經嚴重偏離設計值，僅省煤器出口煙氣溫度就升高約 25 度。液位計管子處的煙氣溫度遠高于斷面平均溫度，造成管壁長期超溫過熱。在停爐檢查中發現爐內中心區域的液位計管表面氧化起皮嚴重，存在過熱跡象。

 

3.2　液位計外 1 管圈卡塊設計缺陷

　液位計外 1 管圈卡塊設計不合理，由于外 1 管圈（材質為SA-213TP304H）與外 2 管圈（材質為 12Cr1MoV）材質不同、膨脹不同，導致配合卡塊在運行期間極易脫開。此外卡塊與母材焊接部位存在缺陷，極易開裂。

 

3.3　液位計夾管制造安裝缺陷

　（1）液位計夾管結構設計不合理，管子壁厚一次從 7mm 過渡至 4mm，管壁厚過渡厚度比過大，造成過渡區熱應力過大，極易形成熱疲勞；管壁厚削薄過渡段斜坡角度過大，約為 45 度左右，遠遠大于規程規定值（15 度），造成斜坡角根部應力集中度過高。

 

（2）壁厚過渡管段加工精度不夠，相當部分管子加工后壁厚小于設計值（4.0mm），zui大減薄約 0.5mm 左右，造成該區段管壁強度不足。

　　（3）壁厚過渡管段車削加工粗糙，存在較深的溝痕（厚度約為0.2mm），造成該區段管內壁形成應力集中。

 

4　4 號鍋爐液位計優化改造方案

　（1）經過查看資料及分析論證，T91 管材有很好的性能，不僅具有高的抗氧化性能（氧化溫度可達到 600℃）和抗高溫蒸汽腐蝕性能，而且還具有良好的沖擊韌性、高而穩定的持久塑性及熱強性能、優良的導熱系數和較小的線膨脹系數。故在 2011 年大修中對頂裝磁翻柱液位計進行了材質升級改造，在標高 65985mm 處對頂裝磁翻柱液位計外 2- 外 8 下部直管段及彎頭進行了更換（彎頭更換至距管屏外圈中心線 1700mm處），將 12Cr1MoV 升級為 T91；對外 1 與外 2 管圈卡塊進行了重新加長設計，并采取現場焊接、熱處理的焊接方式，消除了卡塊與母材焊接存在的焊接應力，同時解決了卡塊易脫開的問題。

（2）在 2012 年中修中對頂裝磁翻柱液位計 104 處夾管異徑對接管段進行了全部改造更換，在夾管 φ63×7mm 與 φ63×4mm 管段之間加裝了一段 200mm 長，規格為 φ63×5.5mm 的過渡管段，過渡管段管壁厚削薄過渡段斜坡角度小于規程規定值（15 度），減少了根部應力。

 

5　結論

　4 號爐磁翻柱液位計結構優化改造后運行至今未發生漏泄，避免了因原始設計、制造不足而導致機組非計劃停運的發生，提高了機組運行的經濟性和安全性。