末級(jí)過熱器爆管在超臨界600MW機(jī)組鍋爐中發(fā)生的原因和防范措施

賈晉龍

國網(wǎng)能源電力檢修工程有限公司

末級(jí)過熱器爆管在超臨界600MW機(jī)組鍋爐中發(fā)生的原因和防范措施

賈晉龍

國網(wǎng)能源電力檢修工程有限公司

目前，超臨界600MW機(jī)組已經(jīng)成為了火力發(fā)電的主流。但與此同時(shí)，數(shù)目巨多的鍋爐末級(jí)過熱器爆管事故對(duì)電廠的運(yùn)行造成很大的障礙。因此，本文將首先對(duì)超臨界600MW機(jī)組鍋爐服役現(xiàn)狀和構(gòu)造進(jìn)行簡介，并通過對(duì)于多個(gè)600MW機(jī)組鍋爐爆管的案例進(jìn)行分析，得出鍋爐爆管的原因，最后提出幾點(diǎn)防護(hù)措施，希望可以降低安全事故的產(chǎn)生。

末級(jí)過熱器；超臨界600MW機(jī)組鍋爐；爆管

超臨界600MW機(jī)組是電廠發(fā)電的主力機(jī)型。其中中國國產(chǎn)第一代超臨界600MW機(jī)組其構(gòu)造和材料性能的分析將對(duì)我們對(duì)鍋爐爆管現(xiàn)象的研究具有重大的指導(dǎo)意義。而國產(chǎn)第一代超臨界鍋爐制作公司主要以東方鍋爐廠有限公司、哈爾濱鍋爐廠有限公司、上海鍋爐廠有限公司為主。

一、鍋爐末級(jí)管器材服役現(xiàn)狀及構(gòu)造簡介

（一）鍋爐末級(jí)管器材服役現(xiàn)狀

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在運(yùn)行8000h~15000h后東鍋、哈鍋會(huì)逐漸出現(xiàn)末級(jí)過熱器TP347H鋼管的下彎頭發(fā)生內(nèi)壁氧化膜脫落的堆積的現(xiàn)象，進(jìn)而進(jìn)一步增大了管子因?yàn)槎虝r(shí)過熱而出現(xiàn)超臨界600MW機(jī)組鍋爐末級(jí)過熱器爆管的現(xiàn)象。大多發(fā)生在鍋爐啟動(dòng)的10~48h內(nèi)。而上鍋在運(yùn)行僅僅6000~10000H內(nèi)時(shí)級(jí)過熱器T23鋼管的下彎頭發(fā)生內(nèi)壁氧化膜脫落的堆積的現(xiàn)象，導(dǎo)致了出現(xiàn)管子因?yàn)槎虝r(shí)過熱而出現(xiàn)超臨界600MW機(jī)組鍋爐末級(jí)過熱器爆管的事故。在運(yùn)行達(dá)到28000h時(shí)，又會(huì)出現(xiàn)末級(jí)過熱器T91鋼管內(nèi)壁氧化膜增厚的現(xiàn)象，或者出現(xiàn)內(nèi)壁氧化膜脫落的堆積導(dǎo)致管子因?yàn)槎虝r(shí)過熱而出現(xiàn)鍋爐末級(jí)過熱器爆管的現(xiàn)象。

（二）鍋爐末級(jí)管器材構(gòu)造簡介

東鍋、哈鍋的末級(jí)過熱器大量使用了TP347H鋼管，而且設(shè)計(jì)滿足末級(jí)過熱器管屏布置在折焰角上方，受輻射熱影響很大，因?yàn)楣軆?nèi)膜生長和剝落易產(chǎn)生末級(jí)過熱器爆管。在上鍋中僅一圈使用TP347H鋼管，末級(jí)過熱器管屏布置在水平煙道的尾部，不大容易受到輻射的影響。氧化膜生長和剝落造成的爆管概率較小。

二、末級(jí)過熱器爆管在超臨界600MW機(jī)組鍋爐中發(fā)生的原因

（一）長期過熱

過熱器管壁的溫度長期大于被允許的合適溫度卻又低于材料能夠承受的極限溫度時(shí)候，過熱時(shí)間增長會(huì)導(dǎo)致過熱管壁厚變薄，最后在最薄的部位發(fā)生爆管現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就被稱為長期過熱。

在長期過熱導(dǎo)致的爆管現(xiàn)象中主要分為三種類型：1、高溫蠕變型，2、氧化裂紋型，3、氧化減薄型。前兩種多發(fā)生在末級(jí)過熱器的向火面，后者則多發(fā)再熱器中。

（二）短時(shí)過熱

在極短的時(shí)間內(nèi)，過熱器管壁的溫度大于材料能夠承受的極限溫度的時(shí)候，造成材料降低進(jìn)而導(dǎo)致在壓力作用下爆管的現(xiàn)象被稱為短時(shí)過熱。由于其本身的特性，短時(shí)過熱多發(fā)生在能夠直接與火焰接觸的向火面與受到熱輻射最為嚴(yán)重的過熱器受熱面。

（三）汽測(cè)氧腐蝕

水中的氧含量和PH值發(fā)生變化時(shí)會(huì)使得因?yàn)楦g導(dǎo)致爆管的現(xiàn)象被稱為汽測(cè)氧腐蝕。由于氧本身的去極化特性，在電化學(xué)的作用下，管內(nèi)的鈍化膜會(huì)發(fā)生破裂的現(xiàn)象形成腐蝕介質(zhì)，最后再循環(huán)應(yīng)力的情況下發(fā)生爆管。

（四）熱疲勞

鍋爐反復(fù)啟停的狀態(tài)下會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力和振動(dòng)的產(chǎn)生最后引起交變力而出現(xiàn)的疲勞損壞的現(xiàn)象被稱為熱疲勞。熱疲勞主要發(fā)生在管子高熱流區(qū)域的外表面。其原因是腐蝕后，熱超溫導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

三、超臨界600MW機(jī)組鍋爐末級(jí)過熱器爆管防范措施

（一）管材升級(jí)改造建議

考慮到管材抗蒸汽氧化的特性，對(duì)于T23鋼管來說，最高使用壁溫應(yīng)控制在570攝氏度以內(nèi)，T91鋼管則最嗨控制在600攝氏度以內(nèi)。在600攝氏度以下的臂下彎頭部位應(yīng)該使用奧氏體不銹鋼，而溫度范圍在600~640時(shí)最好選用TP347H鋼材，但是都必須經(jīng)過內(nèi)壁噴丸處理。對(duì)于過熱較快的下彎頭檢測(cè)要選用速度快的磁性檢測(cè)。同時(shí)，管外徑應(yīng)該是管平最內(nèi)圈的曲率的1/3.

(二）預(yù)防過熱器爆管策略

1.預(yù)防長期過熱

在預(yù)防長期過熱中，必須對(duì)于末級(jí)過熱器長期過熱的類型區(qū)分才能起到有效的預(yù)防作用。對(duì)于高溫蠕變型來說，要注意的是改進(jìn)末級(jí)過熱器受熱面積，防止局部過熱的產(chǎn)生。

2.預(yù)防短時(shí)過熱

短時(shí)過熱的處理方法與在長期過熱中的高溫蠕變型的預(yù)防極其相似。最重要的都是通過對(duì)于過熱面和異物清理來降低導(dǎo)致局部受熱的可能性。

3.預(yù)防汽測(cè)氧腐蝕

對(duì)于預(yù)防汽測(cè)氧腐蝕來說，防止氧化和注意停爐保護(hù)是重中之重。在鍋爐一開始啟動(dòng)時(shí)要進(jìn)行化學(xué)處理，消除異物，進(jìn)而在鍋爐內(nèi)部形成氧化膜。同時(shí)還要注意對(duì)于水的ph值的檢測(cè)。

4.預(yù)防熱疲勞

一旦產(chǎn)生交變應(yīng)力的次數(shù)過多，會(huì)使得鍋爐末級(jí)管熱疲勞的概率明顯增大。因此，對(duì)于交變應(yīng)力頻繁的構(gòu)建地區(qū)必須采取適當(dāng)措施。避免鍋爐的頻繁啟停，機(jī)械的強(qiáng)力振動(dòng)?；蛘呖梢酝ㄟ^改變和調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，降低溫度變化幅度。

結(jié)語

對(duì)于過熱器爆管的研究對(duì)我國的火力發(fā)電來說具有非常重要的意義。一方面我們應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)鍋爐的性能改進(jìn)，日常的安全維護(hù)，另一方面我們更應(yīng)該做好防范措施，對(duì)于鍋爐進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控，加大巡視的力度。只有這樣，我們才能從真正意義上降低超臨界600MW機(jī)組鍋爐末級(jí)過熱器爆管的現(xiàn)象發(fā)生的概率。

[1]趙慧傳,孫標(biāo),楊紅權(quán),等.超臨界600MW機(jī)組鍋爐末級(jí)過熱器管材服役現(xiàn)狀分析及改造建議[J].熱力發(fā)電,2013,42(1).

[2]岳海鵬.600MW超臨界機(jī)組鍋爐過熱器爆管原因及預(yù)防分析[J].中國科技縱橫,2012,(8):58-58.

[3]張繼文,袁燕明,廖偉輝.超臨界600MW機(jī)組鍋爐高溫過熱器爆管原因分析及預(yù)防措施[J].熱力發(fā)電,2010,39(6):85-87.

賈晉龍（1980-），男，漢族，山西省晉城市陽城縣人，2003年6月畢業(yè)于重慶大學(xué)熱能與動(dòng)力工程學(xué)院，大學(xué)本科學(xué)歷，學(xué)士學(xué)位，2003年7月進(jìn)入河南焦作電廠工作，2003年7月至于2004年7月從事鍋爐運(yùn)行工作，2004年8月任鍋爐檢修分公司制粉班技術(shù)員，2008年1月任鍋爐檢修專責(zé)工程師，2010年3月任鍋爐檢修分公司副經(jīng)理，2012年3月任鍋爐檢修分公司經(jīng)理，2013年分別任國網(wǎng)能源電力檢修工程有限公司檢修工程部副經(jīng)理，檢修工程二部副經(jīng)理，2014年2月任檢修一部黨支部書記兼副經(jīng)理。