鍋爐低溫過熱器爆管分析及預(yù)防措施

陳賢賢，房玨

(華電電力科學(xué)研究院有限公司，杭州 310030)

0 引言

過熱器的工作狀況不僅決定主蒸汽品質(zhì)的高低，而且在一定程度上決定鍋爐的安全運(yùn)行，隨著鍋爐參數(shù)的不斷提高，低溫過熱器泄漏事故愈發(fā)嚴(yán)重。找出低溫過熱器爆管的原因，對(duì)產(chǎn)生事故的機(jī)理進(jìn)行分析，提出有效預(yù)防爆管的對(duì)策，對(duì)鍋爐的經(jīng)濟(jì)性及安全性有著重大意義[1]。

某電廠#2機(jī)組負(fù)荷1 005 MW，在運(yùn)行過程中，鍋爐尾部煙道9層低過區(qū)域四管泄漏報(bào)警，給水流量由2 996 t/h迅速增長(zhǎng)至3 097 t/h，就地檢查低過區(qū)域有明顯泄漏聲，初步判斷為#2鍋爐低溫過熱器發(fā)生泄漏，影響了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

該電廠#2機(jī)組3大主機(jī)均由東方電氣集團(tuán)設(shè)計(jì)制造，配置單爐膛鍋爐，前后墻對(duì)沖低NOx旋流燃燒。鍋爐型號(hào)為DG3033/26.15-Ⅱ1。尾部雙煙道布置，在前煙道布置低溫再熱器，后煙道布置低溫過熱器與省煤器。低溫過熱器分為水平段和垂直出口段。正常運(yùn)行中通過調(diào)整低再側(cè)的煙氣擋板開度控制再熱汽溫，低過側(cè)煙氣擋板的開度配合調(diào)整，保證總開度≮115%。整個(gè)低溫過熱器為順列布置，蒸汽與煙氣逆流換熱。低過蛇形彎三根管由外向內(nèi)彎曲半徑依次為118.5 mm、161.5 mm、86.0 mm，管子與集箱之間無節(jié)流孔，水平段全長(zhǎng)95 m，換熱面積15 789.6 m2，垂直段全長(zhǎng)12.35 m，換熱面積1 530.6 m2。

低溫過熱器材質(zhì)為12Cr1MoVG，規(guī)格分別為?57×9(下管組蛇形管)、?57×12、?57×10(上管組蛇形管)、?50.8×11(垂直段管)，其中水平段296屏，垂直段148屏，水平段每2屏轉(zhuǎn)為垂直段1屏，垂直段每屏6根管，垂直段管屏編號(hào)由爐左至爐右為1～148，每屏管由爐前至爐后為1～6。

2 泄漏情況

停爐后檢查，82-5，84-5低過管在頂棚下2 m位置有明顯爆口，管屏出列，水平段約3 m的管段翹起，82-6，84-6管垂直段受同排82-5，84-5管的沖擊出列。

3 泄漏試樣的試驗(yàn)分析

3.1 宏觀檢查

82-5，84-5低過管兩處爆口均呈喇叭狀，82-5管爆口長(zhǎng)度111 mm、最大寬度117 mm，如圖1a所示。84-5管爆口長(zhǎng)度126 mm、最大寬度127 mm，如圖1b所示。兩處爆口邊緣均減薄明顯，斷面粗鈍。爆口上下管段發(fā)生嚴(yán)重變形，爆口附近約有500 mm管段管徑脹粗明顯。其中，82-5管爆口上部管徑54.2 mm，下部管徑53.9 mm，管徑脹粗分別為6.7%和6.1%；84-5管爆口上部管徑55.0 mm，下部管徑54.1 mm，管徑脹粗分別為7.9%和6.5%；管徑脹粗超出標(biāo)準(zhǔn)上限值2.5%[2]。綜合以上特征，判斷兩根管子均為短時(shí)過熱爆管。

檢查爆口管(82-5，84-5)垂直段，存在明顯氧化皮剝落痕跡。檢查爆口管(82-5，84-5)水平取樣管段，宏觀檢查氧化皮剝落痕跡不明顯。

3.2 氧化皮堆積量分析

檢查發(fā)現(xiàn)，堆積量超標(biāo)主要集中在管屏的第1，2管，其中第1管有1根堆積量約占35%(在上次臨停時(shí)第1根垂直段做了隔熱噴涂，仍有氧化皮剝落現(xiàn)象)；第2管有2根堆積量約占35%，有3根堆積量約占25%，其他管段堆積量均少于15%。具體各管段氧化皮堆積量見表1。氧化皮堆積量檢查結(jié)果表明，低過氧化皮的剝落呈面積性發(fā)展，不再僅僅發(fā)生在每屏第1管上。

圖1 爆口形貌

堆積量/%數(shù)量具體管位置35349-2,62-1,137-235327-2,42-2,61-212～1544(前2根管)23-2,29-2,31-2,33-2,34-1,35-1,40-2,59-2,61-1,63-1,62-2,63-2,64-1,67-2,69-2,72-1,73-2,74-1,76-2,79-1,83-2,85-1,92-2,95-1,96-1,97-2,105-2,106-1,106-2,107-2,109-2,114-21,115-2,117-2,118-2,125-1,123-1,125-2,129-1,130-1,140-2,142-2,143-1,145-120(后2根管)6-6,33-6,50-6,59-6,69-6,80-6,81-3,82-6, 83-3,85-5,87-5,87-6,90-6,95-5,100-6,101-6,104-6,119-6,120-6,128-6

3.3 氧化皮成分及厚度檢查分析

在82-5(壁溫異常管段)和82-1管(啟動(dòng)過程中壁溫正常的管段)異形彎上部垂直段500 mm處取樣，對(duì)管內(nèi)壁氧化皮進(jìn)行檢測(cè)[3]，金相檢測(cè)結(jié)果顯示：82-5管未脫落部分氧化皮平均厚度為60 μm，82-1管氧化皮平均厚度為45 μm。掃描電鏡結(jié)果顯示：82-5管段氧化皮微觀形貌為3層，外層和內(nèi)層氧化皮氧含量高于中間層，82-1管段氧化皮微觀形貌致密，無明顯分層，氧含量與82-5管段外層氧化皮相近，如圖2所示。

圖2 82-5管內(nèi)壁氧化皮掃描電鏡照片

檢測(cè)表明，脫落的管段雖然氧化皮厚度較薄(一般鍋爐低過12Cr1MoVG管氧化皮剝落多發(fā)生在厚度約200 μm時(shí))，但呈分層結(jié)構(gòu)，發(fā)生脫落應(yīng)和氧化皮結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定有關(guān)。

4 泄漏原因分析

4.1 爆管的原因

根據(jù)爆口較大、脹粗范圍小、脹粗比例大的特點(diǎn)，結(jié)合低過以往異常情況、壁溫運(yùn)行情況、歷次啟停過程檢查及檢修情況和煙溫運(yùn)行情況，確定該低過管是短時(shí)過熱爆管。

4.2 短時(shí)過熱的原因

短時(shí)過熱可能原因有兩種：一是外來異物造成管子堵塞過熱；二是氧化皮脫落、堆積造成管子堵塞過熱。停機(jī)時(shí)檢查入口聯(lián)箱未發(fā)現(xiàn)異物，出口聯(lián)箱為蒸汽吹出口，不易堵塞，更不宜兩根同時(shí)堵塞，可以排除外來異物堵塞的情況；檢查低過每屏的第5，6根管氧化皮脫落情況，發(fā)現(xiàn)部分管有氧化皮脫落，判斷泄漏的這兩根管在此次開停機(jī)中氧化皮脫落較其他管嚴(yán)重，氧化皮堵塞短時(shí)過熱爆管。

4.3 氧化皮脫落堵塞原因分析

在停機(jī)搶修中，對(duì)低過垂直段每屏第1管進(jìn)行了隔熱噴涂，第1管的壁溫降低，在啟停機(jī)時(shí)壁溫變化率也相應(yīng)變緩，排除了第1管的泄漏可能性。

從壁溫的歷史統(tǒng)計(jì)可以看出，泄漏管所處的82屏、84屏均處于壁溫高(沿爐寬有偏差)的區(qū)域。其垂直段第5管為水平管組最上層管，在水平段吸熱量相對(duì)較大；另每屏垂直段第1管被噴涂后，可能導(dǎo)致部分熱量轉(zhuǎn)移到后部管圈吸收，加劇了啟機(jī)時(shí)泄漏管的溫度變化幅度，氧化皮受應(yīng)力大，更易剝落。

4.4 氧化皮的生成和剝落

停機(jī)時(shí)取樣對(duì)低過氧化皮厚度進(jìn)行了檢驗(yàn)，送檢的氧化皮厚度僅有40～60 μm，遠(yuǎn)未達(dá)到氧化皮易脫落的厚度(200～300 μm)，分析氧化皮發(fā)生提前剝落的原因與氧化皮的穩(wěn)定性有關(guān)。影響氧化皮穩(wěn)定性的因素有兩點(diǎn)：一是溫度水平，二是生長(zhǎng)環(huán)境(加氧影響等)。在不同的溫度水平、不同的溶氧量水平，新產(chǎn)生氧化皮與原有氧化皮在結(jié)構(gòu)、致密性上可能發(fā)生改變，導(dǎo)致氧化皮穩(wěn)定性變差，從而發(fā)生剝落[4]。

5 結(jié)束語

利用機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)機(jī)，對(duì)低溫過熱器彎頭進(jìn)行氧化皮堆積檢查與清除、管材升級(jí)以及防磨損噴涂處理，主動(dòng)采取措施提高低溫過熱器的防磨強(qiáng)度，嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)及安裝質(zhì)量，加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)管理，過熱器爆管現(xiàn)象得到明顯控制。