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火力電廠鍋爐蒸汽系統(tǒng)泄漏處理
上海申弘閥門有限公司
目前，我國火力發(fā)電基本上是以高參數(shù)、大容量的鍋爐機組為主，這對鍋爐及其附屬系統(tǒng)設(shè)備的檢修的質(zhì)量要求是越來越高。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥,電動球閥,氣動球閥,電動閘閥,氣動閘閥,電動調(diào)節(jié)閥,氣動調(diào)節(jié)閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。而且由于我國火電機組鍋爐的型式非常的紛繁復(fù)雜，這更應(yīng)該經(jīng)常派專家到現(xiàn)場指導(dǎo)鍋爐的檢修，提高相關(guān)鍋爐設(shè)備的可靠性安全性，使鍋爐設(shè)備的壽命得以延長。火力發(fā)電廠鍋爐機組檢修的非常重要的內(nèi)容是閥門和汽水管道系統(tǒng)，這與鍋爐機組系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和安全性緊密相關(guān)，并且隨著火力發(fā)電機組逐漸增大容量，高壓閥門和汽水管道的檢修質(zhì)量的要求也越來越高。由于閥門的種類很多，鍋爐機組范圍內(nèi)的閥門和汽水管道的檢修工藝和相關(guān)質(zhì)量要求是相當(dāng)高的。據(jù)我所知，國內(nèi)的發(fā)電廠在研發(fā)與火力發(fā)電廠使用的鍋爐的時候，在對鍋爐汽水系統(tǒng)的管道、閥門進(jìn)行施工的過程中，都會提出嚴(yán)格把握好設(shè)計圖紙會審的關(guān)卡，在閥門安裝前的宏觀檢查及水壓實驗、控制系統(tǒng)及閥門內(nèi)部的潔凈度等都會做好嚴(yán)格預(yù)防措施，并且嚴(yán)格逐一落實。火力發(fā)電使用的燃燒鍋爐、蒸汽輪機具有其特殊危險性。目前除了一些食品加工、資源回收焚化廠、石化工業(yè)在蒸餾過程可看到鍋爐運作外，較少工程是以高溫監(jiān)控為訴求的。但焚化廠、食品加工及石化產(chǎn)業(yè)的鍋爐溫度也只在200到300攝氏度間，而發(fā)電鍋爐因要產(chǎn)生大量蒸汽來推動汽輪機，鍋爐溫度高達(dá)1000攝氏度，是一個高風(fēng)險的場所，因此它的燃燒過程與周邊區(qū)域的安全管控是值得探討的一門功課。
燃燒鍋爐的結(jié)構(gòu)特性與安全特殊性
我國火力發(fā)電廠以燃煤、燃重油為主。燃煤的中大型火電廠，一般采用煤粉爐。從其發(fā)電廠的結(jié)構(gòu)看，其生產(chǎn)過程是將進(jìn)廠的原煤經(jīng)碎煤機破碎后以磨煤機磨成煤粉用熱風(fēng)吹送噴入鍋爐爐膛，通過煤粉燃燒生成的高溫?zé)釟饧訜釥t膛內(nèi)的水冷壁管、加熱器管使鍋爐產(chǎn)生高壓蒸汽，然后經(jīng)過煙道內(nèi)的再熱器、脫硫、空氣預(yù)熱后進(jìn)入集塵器，清除煙氣中的飛灰之后，通過煙囪排入大氣。
淡化后的海水或江河湖泊的水經(jīng)除氧處理后(純水)被吸入鍋爐爐膛內(nèi)生成飽和蒸汽，然后再加熱變成過熱蒸汽，由蒸汽管送入汽輪機，使汽輪機內(nèi)產(chǎn)生膨脹作用后運轉(zhuǎn)帶動發(fā)電。發(fā)電后水汽進(jìn)入凝汽器凝結(jié)成水，經(jīng)除氧后通過水泵、高壓加熱器再一次送入鍋爐，循環(huán)運轉(zhuǎn)進(jìn)行鍋爐燃燒發(fā)電。發(fā)電過程由于蒸汽和水的損失，還會補充由海水、江河水處理而得的純水供給鍋爐，而多余的冷卻水或直接排放入海或江河湖泊，或在冷卻塔水池中與大氣進(jìn)行熱交換以循環(huán)利用(圖1)。
通常火力發(fā)電廠依鍋爐蒸汽壓力分為低壓電廠、中壓電廠、高壓電廠、超高壓電廠、亞臨界壓力電廠和超臨界壓力電廠，一般的監(jiān)控系統(tǒng)無法負(fù)擔(dān)這種爐體的溫度及壓力的安全監(jiān)控要求。燃燒鍋爐若監(jiān)控管理不善，將成為火力發(fā)電廠內(nèi)zui大的安全隱憂。因此必須采用特殊的燃燒鍋爐監(jiān)控設(shè)備，除熟悉的影像監(jiān)控外，還包含多項特殊的設(shè)備及爐膛監(jiān)控系統(tǒng)，以確保火力發(fā)電廠的作業(yè)安全。
高溫鍋爐的安全問題有哪些?
燃燒鍋爐是整個火力發(fā)電廠的核心，此處的環(huán)境結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由燃料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及控制系統(tǒng)所組成，操作上極為繁雜，很容易產(chǎn)生一些安全作業(yè)與管理問題，這些問題大概有以下幾項：
1.鍋爐沒有安裝高低水位報警器和低水位連鎖保護(hù)裝置，由于水位不準(zhǔn)確，造成缺水干燒，致使鍋爐產(chǎn)生大量蒸汽，壓力驟增，爐壁不能承受壓力而爆炸;
2.缺乏針對高溫鍋爐的監(jiān)控機制與設(shè)備，主控室無法掌握現(xiàn)場的運作狀態(tài);
3.爐體焊縫質(zhì)量不良，使鍋爐爐膽不能承受壓力而造成爆炸;
4.安全關(guān)閉功能失效，在異常狀態(tài)下無法起到安全告警或應(yīng)有的隔離作用;
5.操作鍋爐人員管制不良及不法上崗，造成事故發(fā)生;
6.燃燒鍋爐區(qū)安全管理不善，忽視漏油、漏氣安全管理，造成鍋爐爆炸事故。
除了以上的安全作業(yè)與管理缺失問題之外，還必須注意以下在燃燒鍋爐運作過程中容易產(chǎn)生的幾個設(shè)備問題：
1.燃油式燃燒不穩(wěn)時投油，產(chǎn)生負(fù)壓即退出油槍，造成燃燒滅火情況;
2.鍋爐操作投油控制不良，產(chǎn)生滅火情況;
3.運行給煤機要控制避免故障，防止鍋爐滅火;
4.滅火后投油點火應(yīng)如何控制送風(fēng)問題;
5.鍋爐滅火后減負(fù)荷的作業(yè)程序如何控制及監(jiān)控;
6.低負(fù)荷運行時如何監(jiān)控鍋爐維持運行不影響安全;
7.鍋爐設(shè)置防爆門的作用及監(jiān)控;
8.鍋爐運行中監(jiān)控如何使用粉倉防止粉塵爆炸;
9.監(jiān)控停止進(jìn)水時如何保護(hù)省煤器維持安全;
10.監(jiān)控過熱器熱水浸泡防止反沖洗的作用。
由以上這些專業(yè)的火力發(fā)電鍋爐安全問題，可以看出單一的安全監(jiān)控機制無法滿足這些人員作業(yè)及設(shè)備安全的監(jiān)控要求，以下我們看看有哪些解決方案與設(shè)備可以滿足火力發(fā)電廠高溫鍋爐的安全監(jiān)控需求。[nextpage]
燃燒鍋爐區(qū)的安全監(jiān)控解決方案
火力電廠的高溫鍋爐的安全監(jiān)控解決方案，可從人員作業(yè)安全與設(shè)備運作監(jiān)控二個方面來看，具體方案如下：
影像爐膛火焰監(jiān)視系統(tǒng)
影像爐膛火焰監(jiān)視系統(tǒng)(Furnace Surveillance System)是結(jié)合光學(xué)、機械、視頻、通信和計算機等技術(shù)的一種特定監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)，依據(jù)鍋爐的特殊要求而專門設(shè)計，可用于燃煤、燃油、燃?xì)獾炔煌仩t爐膛火焰的監(jiān)視，分為內(nèi)窺式、外部監(jiān)看式兩種，國內(nèi)大部分兩種都有采用，但以內(nèi)窺式為多(圖2)。耐高溫針孔鏡頭采用上下轉(zhuǎn)角設(shè)計，可以滿足全爐膛火焰的監(jiān)視的要求。內(nèi)窺式使用電動推進(jìn)裝置將耐高溫探頭伸進(jìn)爐內(nèi)，具有欠壓、超溫和停電自動退出的自我保護(hù)功能;外部監(jiān)看式采用固定安裝的方式，無自動退出功能但有報警輸出功能。通過使用上述設(shè)備，鍋爐運行人員可在電廠監(jiān)控室的監(jiān)視器上對鍋爐燃燒器點火、運行過程中火焰燃燒、滅火情況進(jìn)行遠(yuǎn)程實時監(jiān)視，實時發(fā)現(xiàn)火焰燃燒不*等危害鍋爐的異常現(xiàn)象，再使用實時錄像技術(shù)則更可以提供事故后的過程追蹤及事實影像判斷。
爐膛火焰監(jiān)視系統(tǒng)又分為氣冷與水冷式二種(圖3)。氣冷式一般體積小，運行可靠，安裝維護(hù)也較方便。采用壓縮空氣冷卻的方式，探頭采用雙層不銹鋼材料，夾層通過壓縮空氣直接致冷，冷卻壓縮空氣在前端形成風(fēng)簾。內(nèi)層壓縮空氣通過渦旋致冷器將空氣冷卻后對攝像機及鏡頭進(jìn)行強制風(fēng)冷，同時在前端噴出形成風(fēng)簾;該系統(tǒng)可將攝像鏡頭直接伸入爐內(nèi)觀察爐內(nèi)火焰形狀、融熔物質(zhì)等狀況。水冷式也是采用雙層不銹鋼材料，夾層通過一定壓力的冰冷純水直接致冷，冷卻壓縮空氣在攝像機前端形成風(fēng)簾;內(nèi)層水流采用渦旋致冷確保在300-1000攝氏度的爐外溫度下工作;這種攝像機必須具有過濾紅外線光線的功能，確保對火焰的監(jiān)控內(nèi)容不失真。
鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)
鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS,Furnace Safequard Supervisory System)是一種利用PLC可程控界面與I/O 連結(jié)連動界面的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，為保證鍋爐安全運行的重要系統(tǒng)。采用獨立測量的三取二邏輯判斷方式，就是說當(dāng)有一點或有二點故障時，系統(tǒng)會自動轉(zhuǎn)為二選一或一個換一個的邏輯判斷以維持系統(tǒng)監(jiān)控的正常運作。FSSS具有防止火焰探頭燒毀、污染、失靈及爐膛壓力取樣管堵塞的安全技術(shù)措施，并遠(yuǎn)程采集鍋爐啟動、運行及停止各個階段的連續(xù)監(jiān)測參數(shù)，根據(jù)設(shè)定的防止鍋爐爆炸條件，不斷進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的邏輯演算及判斷;同時利用連動裝置讓鍋爐燃燒設(shè)備按既定程序進(jìn)行各種運作與危害偵測，并完成必要的調(diào)校與修正。
一、預(yù)防火力發(fā)電廠汽水閥門泄漏的重要性
汽輪發(fā)電機組是火力發(fā)電廠汽水系統(tǒng)及其重要的系統(tǒng)之一，機組投產(chǎn)后的各項經(jīng)濟指標(biāo)能否達(dá)標(biāo)直接依賴于該系統(tǒng)的設(shè)備選型、安裝及運行優(yōu)劣程度，尤其是對火電機組的水耗和煤耗影響zui為突出。當(dāng)前，我國投入生產(chǎn)的火電機組因為汽水系統(tǒng)閥門的不嚴(yán)密而造成的疏水管道彎管爆裂的事故經(jīng)常發(fā)生，這不僅是機組的安全、穩(wěn)定運行受到了很大的影響，現(xiàn)場工作人員的人身安全受到嚴(yán)重的威脅。為了盡可能預(yù)防火力發(fā)電廠基建期間的汽水系統(tǒng)閥門的泄漏，火力發(fā)電單位在鍋爐汽水系統(tǒng)管道、閥門的安裝施工過程中，制定相應(yīng)的合理的預(yù)防措施是十分必要的。
二、閥門泄漏的形式及其原因分析
閥門生產(chǎn)過程中鑄造或鍛造缺陷是引起閥體外漏的主要原因，例如：砂眼、氣孔、裂紋等等，并且造成閥體泄漏的常見因素還有流體介質(zhì)的沖刷和氣蝕。zui容易發(fā)生泄漏的部位當(dāng)然是閥門填料這個部位。它是因為逐漸減弱的填料接觸壓力，自身老化的填料，失去了彈性等諸多原因引起的。這個時候沿著填料與閥桿的接觸間隙的壓力介質(zhì)就會向著外面泄漏，時間長了會把部分填料吹走和將閥桿沖刷出既定軌道，從而使泄漏漸漸擴大化。閥門的法蘭密封由連接螺栓的預(yù)緊力保障著，通過墊片足夠的密封比壓達(dá)到后，密封壓力流體介質(zhì)的外泄就會被成功阻止。有很多的方面的原因?qū)е路ㄌm泄漏，比如密封墊片的壓緊力不足，結(jié)合面的粗糙度不符合要求，墊片變形或者機械振動等都會引起密封墊片與法蘭結(jié)合面密合不嚴(yán)從而發(fā)生泄漏。除此之外，造成法蘭面不嚴(yán)密的密封而發(fā)生泄漏還有變形或伸長的螺栓，墊片老化，回彈力下降，龜裂等等。
三、汽水系統(tǒng)閥門泄漏的預(yù)防措施
閥門的選型對火電機組汽水系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行具有非常重要的作用，所以，在圖紙會審的過程中，必須認(rèn)真負(fù)責(zé)地核查各系統(tǒng)的閥門選型情況。如果鍋爐汽包緊急放水系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計安裝電動球閥時，沒有設(shè)計安裝節(jié)流閥，那么鍋爐在運行的過程中，如出現(xiàn)汽包水位高等相關(guān)故障而需投入汽包緊急放水系統(tǒng)時，閥后管系的穩(wěn)定性及閥門的嚴(yán)密性將會受到比較大的影響。如果鍋爐設(shè)計利用定期排污系統(tǒng)進(jìn)行鍋爐帶壓放水時由于定期排污系統(tǒng)加裝節(jié)流裝置后無法實現(xiàn)鍋爐帶壓放水，那么這就容易造成停運檢修的鍋爐受熱面而產(chǎn)生腐蝕等化學(xué)反應(yīng)，這使鍋爐的使用壽命嚴(yán)重受到影響。在設(shè)備安裝過程中，對設(shè)計、管材、制造和安裝中常見的缺陷進(jìn)行系統(tǒng)的分析，是有效預(yù)防爆管的前提條件。更重要的是，在安裝工作中，應(yīng)該采取積極有效的措施處理各種缺陷。加強鍋爐汽水系統(tǒng)的監(jiān)視，盡力保證汽水品質(zhì)合格，發(fā)現(xiàn)汽水品質(zhì)不良時應(yīng)及時查明原因并處理，汽水品質(zhì)嚴(yán)重惡化危及設(shè)備運行時應(yīng)采取緊急措施直至停爐。另外，加強對鍋爐的燃燒調(diào)整，合理配風(fēng)，防止火焰偏斜、貼壁，燃燒器的投運停運注意對稱、均勻，減小熱偏差，防止受熱面超溫發(fā)生意外。
四、做好閥門安裝前的宏觀檢查及水壓試驗工作
在安裝閥門前，根據(jù)火電機組安裝的相關(guān)驗評標(biāo)準(zhǔn)的要求，相關(guān)專家宏觀檢查機組閥體的表面。堅決不允許在機電組系統(tǒng)中使用閥體缺陷超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)且沒有嚴(yán)格按照規(guī)則章程要求進(jìn)行*處理的閥門，尤其是嚴(yán)格核查閥門銘牌的參數(shù)及出廠合格證是否符合系統(tǒng)使用的要求，防止因閥門選型錯誤而造成事故的發(fā)生。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，在安裝閥門前，行1.25 倍的閥門設(shè)計壓力的水壓試驗，水壓試驗方向為高進(jìn)、低出必須嚴(yán)格執(zhí)行，這些是要和操作必須有相關(guān)專家現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)督，并且做好相關(guān)的記錄工作，認(rèn)真做到閥門管理的精細(xì)化。檢修工藝的好壞也是影響鍋爐“四管"泄漏的一個重要因素。以下兩項不可忽視：一是焊接質(zhì)量管理強化提高，焊接時嚴(yán)格執(zhí)行焊接；二是嚴(yán)格按《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程 》進(jìn)行檢修。
五、嚴(yán)格控制系統(tǒng)和閥門內(nèi)部的潔凈度
在安裝閥門過程中，造成閥門泄漏的主要原因是閥體及管道內(nèi)的雜物，所以，在系統(tǒng)施工前，就必須*的清理閥體及管道內(nèi)部的雜物灰塵，防止在系統(tǒng)中的雜物而造成的閥門內(nèi)漏。特別是在鍋爐酸洗后，水冷壁下集箱及定期排污和臨爐加熱系統(tǒng)一次門前管道內(nèi)的雜物非常的多，酸洗后，為了確保閥門的安全穩(wěn)定運行，應(yīng)反復(fù)對系統(tǒng)進(jìn)行沖洗并嚴(yán)格按照規(guī)程要求的沖洗合格標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。另外，確保系統(tǒng)潔凈度的一個主要環(huán)節(jié)就是檢查水冷壁下集箱割手孔，并清理內(nèi)部所有的雜質(zhì)。
六、集中布置閥門及合理優(yōu)化系統(tǒng)
集中布置汽水系統(tǒng)閥門不僅整潔美觀，而且便于運行人員的巡檢，者能夠讓巡查人員及時發(fā)現(xiàn)并處理閥門運行過程中出現(xiàn)的問題，有效地避免事態(tài)的擴大，阻止事故的發(fā)生。建議集中布置方式被用在鍋爐汽水系統(tǒng)閥門，分開布置方式則鍋爐排空氣系統(tǒng)與疏水系統(tǒng)上；還有，在安裝鍋爐雜項管道的過程中，應(yīng)該合理優(yōu)化部分疏水系統(tǒng)，低進(jìn)、高出的安裝方式在部分大口徑閥門上建議被采用，不同壓力等級的疏水系統(tǒng)分別接入疏水母管中，以上的這些措施實施后，將能夠有效地避免管道及閥門泄漏事件的發(fā)生。
七、閥門堵漏的技術(shù)措施
根據(jù)電廠生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況，消除泄漏的方法有更換閥門填料、更換法蘭墊片、焊補孔洞或更換閥門的方法。對于那些生產(chǎn)運行中的在線閥門，堵漏的方法是運用注劑式帶壓堵漏技術(shù)對閥門實施帶壓堵漏，這些方法是目前治理閥門泄漏比較直接有效的一種技術(shù)手段。這個辦法不需要停機或者隔離系統(tǒng)，不必對系統(tǒng)進(jìn)行泄壓，大量的能源和人力被節(jié)省下來，也大大減少了因設(shè)備隔離或停機而帶來的電量損失，降低了不必要的社會經(jīng)濟損失和人的生命財產(chǎn)損失。
八、強調(diào)參加檢修與運行工作人員的責(zé)任心
發(fā)電公司機組鍋爐結(jié)束從水壓試驗開始至整套啟動后，運行人員和檢修人員要一直高度關(guān)注汽水系統(tǒng)閥門的運行情況，要有專人負(fù)責(zé)落實鍋爐每次點火啟動后的閥門的實際位置，特別是疏水、定排系統(tǒng)的電動閥門，常常因傳動裝置性能的局限性而辦沒有辦法實現(xiàn)全關(guān)狀態(tài)，等到遠(yuǎn)方操作結(jié)束后，需要由運行人員及時就地手動校緊，閥門沖刷時間要盡可能的縮短，從根本上杜絕閥門因為沖刷而產(chǎn)生的泄漏。
九、結(jié)束語
鍋爐汽水系統(tǒng)在火力發(fā)電廠汽輪發(fā)電機組中有著不可估量的作用，尤其是鍋爐汽水系統(tǒng)閥門不嚴(yán)密，造成疏水管道彎管爆裂的事故頻繁發(fā)生，不僅給機組的安全、穩(wěn)定運行帶來很大的影響，而且嚴(yán)重的危機現(xiàn)場工作管理人員的人身安全。
所以，如果發(fā)生閥門泄漏，必須強制停止運行發(fā)電機組，并派專家進(jìn)行指導(dǎo)搶修，避免事態(tài)變得更加嚴(yán)重甚至不可控制。所以在施工過程中，制定合理的預(yù)防措施是十分必要的。與本文相關(guān)的論文有：礦山電動插板閥
