超超臨界鍋爐過熱器爆管原因分析及預防措施

摘 要：介紹了某電廠3號機660MW超超臨界機組概況，分析3號鍋爐后屏過熱器超溫爆管的原因，主要闡述了針對氧化皮引起爆管運行調整的措施。

關鍵詞：超超臨界；直流鍋爐；后屏過熱器；爆管；氧化皮

1 引言

某電廠一期4×660MW超超臨界燃煤發電機組，配置哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產制造，由三菱重工業株式會社提供技術支持的超超臨界參數變壓運行直流鍋爐。鍋爐型號：HG-2000/26.15-YM3。

3號機組按計劃于2月1日停機進行C級檢修，檢修結束后，于2月23日鍋爐點火。2月26日停運后檢查發現鍋爐后屏過熱器發生爆管。

停爐冷卻后，檢修人員入爐內檢查，發現后屏過熱器從爐左向右數第25排、外向內數第8圈（簡稱25P-8）后彎前水平段400mm處爆管，爆口寬度125mm，長度105mm，爆口邊緣較鈍，為明顯的短期過熱爆口形貌；爆口管材料為：A-213S30432；規格：φ51×9.5；測量爆口后（后彎出口）垂直段管子外徑φ51.16mm，爆口前（后彎入口）水平段管子外徑φ52.30mm附近有明顯脹粗；且爆口管有明顯過熱變色情況。

對后屏過熱器及末級過熱器底部彎頭進行100%氧化皮電磁波檢查，發現上述變色管段彎頭內明顯存在氧化皮，割取上述變色管段，分別倒出數量不等的氧化皮，后屏過熱器25P-10管段兩個下彎頭倒出的氧化皮數量最多，且帶水潮濕，風干后重量為225.97克。因此根據以上情況分析，判斷為后屏第25P-8管段內部氧化皮脫落造成管道堵塞，管道局部短時間過熱發生爆管。

2 氧化皮導致爆管原因

2.1 TP347H管為奧氏體不銹鋼管，潮電實驗得知，其線性膨脹系數為（1.6-2.1）×10-5，氧化皮的線性膨脹系數為（0.5-0.9）×10-5，由于膨脹系數不等，管道內蒸汽介質參數變化較快時，氧化皮容易脫落，由于蒸汽具有攜帶作用，少量脫落不會導致管道堵塞，但在異常情況下，如鍋爐停止、啟動過程中，升溫升壓速度過快、運行中超溫等均會造成氧化皮大量脫落，堵塞管道。

2.2 正常運行溫度時，氧化皮一直產生，一直脫落，隨著蒸汽帶走，一般不會發生氧化皮堵塞管道。當超溫運行時就會加劇高溫氧化，脫落量將大幅增加，造成蒸汽不能將脫落的氧化皮全部帶走，部分沉積直至下彎頭堵塞發生運行中爆管。

2.3 停爐過程中，由于不銹鋼在運行時內壁已有大量的氧化皮存在，而氧化皮與不銹鋼的膨脹系數相差較大，冷卻時不銹鋼收縮較快，氧化皮收縮較慢，氧化皮被擠碎、龜裂、脫落，且蒸汽攜帶能力較低，最終氧化皮沉積至管道下部。

2.4 過、再熱器內壁的水蒸汽氧化層剝離有兩個主要條件：一是垢層達到一定厚度（臨界值），一般而言奧氏體不銹鋼0.10mm，鉻鉬鋼0.2-0.5mm（運行2-5萬小時可以達到）。二是母材基體與氧化膜或氧化膜層間應力（恒溫生長應力或溫降引起的熱應力）是否達到臨界值（與管材、氧化膜特性、溫度變化幅度、速度、頻度等有關）。

2.5 由于煤質、熱負荷的變化，在低負荷（60%額定負荷及以下），由于部分過熱器管子蒸汽流量偏低，流速偏差大，可能造成局部過熱而引起爆管。

3 解決及預防措施

3.1 基建設計與調試階段

（1）在鍋爐的設計階段，請第三方對其熱力系統進行校核計算。（2）鍋爐材質采用耐氧化的合金。（3）在國內同類型鍋爐容易發生超溫爆管的環節，加裝壁溫測點/工質溫度測點。要保證壁溫測點設計的完整性、合理性，安裝的正確性，測量指示準確性。（4）嚴格鍋爐風量標定試驗、空氣動力場實驗、水動力試驗、燃燒調整試驗，達到制造商規定的要求。（5）加強酸洗和吹管，保證機組投運前將易脫落氧化皮清除干凈。酸洗及吹管后要對重點部位及原件進行內窺鏡檢查及割管檢查，確保酸洗及吹管效果。

3.2 運行階段

3.2.1 鍋爐啟動階段

（1）熱爐啟動時控制上水速度<190t/h，一般控制在150t/h左右，上水溫度與汽水分離器壁溫差<110℃；（2）啟動初期，利用輔汽提升除氧器給水溫度，盡量保證上水溫度達到120℃（冷態啟動視輔汽運行情況盡量提升上水溫度）。對于溫態及熱態啟動根據鍋爐壁溫情況可進行適當調整，以保證規定的溫差。（3）加強水質監督。（4）啟動期間嚴格控制升溫速率；啟動過程中大流量沖洗（沖走氧化皮防止管路堵塞及汽輪機沖蝕）。（5）嚴格控制管壁溫度。啟動過程中加強受熱面金屬管壁溫度監視，控制金屬壁溫均勻上升；發現管壁溫度異常升高時，穩定燃燒工況運行，停止升溫升壓，必要時采用減少燃料、適當增加給水及WDC閥排放，加大爐水泵出口調整門開度以提高省煤器入口給水流量的方式控制管壁溫度。（6）機組濕態、干態轉換時負荷點控制做到稍為高點（經過調試后確定），以保證省煤器入口足夠大的給水流量，防止干濕態轉換過程中引起水冷壁水動力惡化，煤水比失調而導致受熱面壁溫、蒸汽參數升降速度超限。

3.2.2 機組正常運行時措施

（1）嚴格控制管壁超溫。加負荷及機組運行中，嚴密監視各處壁溫，發現鍋爐末過、末再各壁溫超過規定值，立即進行調整，使其恢復正常值以內，必要時降低主蒸汽溫度運行；（2）改善汽溫調節品質，加強過、再熱汽溫的調整，嚴格控制過、再熱汽溫超溫，盡量避免大幅度的調整減溫水量而造成減溫器后的管壁溫度突變；（3）優化吹灰程序。根據鍋爐燃燒特點和觀察爐膛結焦和積灰情況，合理吹灰，減小爐膛兩側溫度偏差，在保證汽溫的前提下，降低了過熱器的管壁溫度。（4）嚴格控制機組升降負荷過程中主蒸汽和再熱蒸汽溫度的變化速率小于1.85℃/min，機組升負荷過程中，嚴格控制升溫梯度不高于規程規定值。（5）升、降負荷過程中，嚴格控制變負荷速率。（6）加強加氧控制，保證汽水品質（機組正常運行穩定后，化學制定加氧控制方案）。機組運行過程中，化學必須加強對整個汽水品質的監督，防止水質及蒸汽品質惡化的事故出現。

3.2.3 機組停運過程中措施

（1）如非工作必須，盡可能避免采用滑參數方式停機；必須采用滑參數方式停機時，整個停機過程中嚴格控制主蒸汽和再熱蒸汽的降溫速率小于1.5℃/min；特別在滑停至350℃時（研究表明鍋爐降溫至此溫度時最容易發生氧化皮脫落）。（2）滑停時控制好汽溫和壁溫，減溫水的投停和調節盡量平穩和小幅度操作，防止減溫水大增大收的脈沖式變化；（3）機組停運后保持鍋爐總風量1000t/h對鍋爐進行10分鐘吹掃，然后停運送吸風機，保持風煙系統暢通，對爐膛進行自然通風冷卻至少12小時后，且壁溫小于350℃，方能考慮啟動風機對鍋爐進行通風快冷；（4）如檢修要求鍋爐快冷，嚴禁停爐后給鍋爐繼續上水冷卻，通風快冷必須對爐膛進行自然通風冷卻至少12小時后，且壁溫小于350℃，且規定只啟單側風機，總風量控制≤600t/h，壁溫下降速率≤10℃/h。（5）事故停機后，應采取“悶爐”方式，防止爐膛溫度大幅度下降。

4 結束語

隨著國內機組向超超臨界的發展，氧化皮脫落成為了影響機組安全的重要因素之一，只有做好各個方面的預防工作，才能真正的抑制氧化皮脫落的發生。

參考文獻

[1]吳磊，等.1025t/h鍋爐高溫過熱器爆管原因分析[J].湖北電力.