660 MW超臨界機組鍋爐低溫過熱器爆管研究

龍 航

（中國能建湖南省火電建設公司，湖南 長沙 410015 ）

一、概述

某鍋爐廠660MW超臨界機組在運行超過2600小時后管道爆裂，但是運行過程全部正常，機組低溫過熱器產生爆裂位置在第五十二排第二根冷拔型12Cr1MoVG管道，管道壁厚度為6.5mm外直徑為45mm。鍋爐運行方式為單爐膛。事發時煙氣溫度為750℃，機組的標準管壁溫度為490℃，標準壓力為27.6MPa。機組在運行一段時間后產生了管道爆裂，本文也對其爆裂的原因進行了深入研究。

二、爆管原因分析方法。

（一）爆口的特征形貌。從圖1中可以看出爆裂口處并沒有出現氣流沖刷的現象，爆裂口張開距離最大處約為29mm，整個裂口全長約為165mm，爆口最大處的管子周長約為151mm，這和通過外徑計算的周長所差無幾。爆裂口邊緣的管壁也沒有減少，平均值在7.12mm。管道斷口，呈現分散狀形態。除了靠近最外層的最后斷裂外還可以看出，管道斷口存在一定程度上的氧化，整個斷裂處顏色為暗灰色。整個裂口處有多條縱向的暗黑色的溝槽。

（二）力學性能試驗。因為現場的各項因素限制，導致能為實驗搭建的管道長度有限，所以只能使用估算對實際管道爆口的延長段進行實驗。實驗結果如下，計算得強度為628MPa滿足國際標準要求。

（三）斷口的清洗。端口的顏色呈現暗灰色，專家推測可能是由于部分樣品在爆管發生后，在高溫下發生氧化反應。為了還原斷口在鍋爐冷卻時的原貌，采用了超聲波震動清洗技術以及化學侵蝕方法，清洗完畢后樣品表面情況如圖2所示。

分析圖2可以得到，爆裂口可以根據顏色的不同分為兩個部分，以內壁1/3處一個兩邊顏色有明顯差異的橫杠為分界線。靠近外壁的一端顏色較淺，靠近內壁的一端顏色較深，專家分析顏色較淺的那一半是在爆裂運行之后逐步擴展的新的斷口，而顏色較深的那一半為原始斷口。該分割線在整個爆裂斷口的長度上都有體現。

三、分析討論

綜上及對首爆管的整體形態觀察測量看出：超溫導致爆管沒有發生在鋼管之上。并且通過管子力學性能試驗得到的參數分析出材料具有很好的柔韌性和強度。這兩項屬性證明鋼管因為柔韌性不夠而導致較脆，既而在運行中產生較多擴展裂紋爆管的可能基本不存在。有可能的原因是因為管道本身材質所存在的缺陷導致管道爆裂。在鋼管組運行中產生縱向裂紋的鋼管無法承受管內諸多介質的壓力而產生爆管。理由如下：（1）爆裂斷口的近外壁和近內壁的顏色存在巨大差異，說明顏色較深的一端為首爆裂口，且產生時間在制管之前，原始的裂紋是從內壁開始并且爆裂斷口的花紋未遭到破壞，可以推測出整個破壞是在最后一道工序涂色之前。外壁顏色較淺的一端的裂口則是在原始裂口已存在的情況下，隨著生產過程的推進而產生的斷口并逐步擴展。（2）掃描電鏡照片顯示，顏色存在差異的兩段造成的原因還是因為受到氧化腐蝕的強弱不同而導致，證明兩個斷口存在與生產過程前期和生產過程中期，近端的顏色偏深處的爆裂斷口是在生產過程的中期受到大量高溫蒸汽導致。近外壁氧化腐蝕現象較不明顯處的斷口則是在斷口爆裂后裂紋產生了擴展。

四、解決方法

（一）管理措施。（1）防止鍋爐“四管”的爆裂必須從工業生產的源頭抓起。首當其沖的還是嚴加管理，加強基礎建設，并且在管道運行時全程跟班檢修。（2）對檢修管理的深化，安全責任記在心，做好大大小小鍋爐的防爆檢查，一旦發現隱患及時做好詳細記錄。通過問題發展的趨勢分析其可能的原因并重點排查，制定規范的處理和防范措施。（3） 對采購金屬的監督制度也應加大力度，對每一個電焊接口都要定期進行檢查并錄入日志。每個即將投入生產的鍋爐都必須100%進行渦流檢驗和光譜測試。（4）做好應急措施，任何施工進程的開始都要有防爆裝置和鍋爐滅火保護裝置，以面對任何突然事件，做好熱工監督，與防爆有關的儀器儀表也要準確投入。

（二）技術措施。（1） 監造階段。監造工程師選拔應嚴格，任何此位置的工程是必須具備焊接和無損檢測方面的能力與經驗，能夠在自身能力掌控范圍中完成無損檢測和焊接全程。（2）施工階段。安裝前對聯箱進行內窺鏡檢查，徹底清除眼鏡片等雜物對所有機箱內部都清掃完畢后接受檢查。加強受熱面焊口的質量檢測，對焊口進行抽檢盡量做到準確無誤。對安裝焊口的質量確保到100%探傷合格才能投入使用。受熱面管在進行組裝之前都要用鋼球對其進行通球試驗，不得將鋼球留在管內，編號管理，做好封閉措施一旦出現問題立刻記錄錄入日志。（3）鍋爐沖管階段。直流鍋爐必須投入過熱器減溫水和再熱器才能才用穩壓串聯方式沖管。將冷段的溫度控制在390℃以內，在工作前應對減溫水系統的使用程度進行檢測。用檢測后的內窺鏡對聯箱和水汽分離器配合進行檢測。為了防止過熱器再熱器造成積水或水塞出現較大的偏差，鍋爐的燃燒設計必須要用種類相近的煤種，并且爐管泄漏儀在鍋爐沖管前投用。（4）試生產階段。在機組整套啟動和鍋爐投運的初期，為了防止高溫要時刻對管道管壁溫度進行限制。直流爐設備要控制好煤和水的比例，投入系統也要注意檢測和協調，防止給水系統的自動失靈和跟蹤速度緩慢等現象。加強對運行參數的監視，過熱器和再熱器一旦發生溫度超高要立刻調整避免管道爆裂。

圖1 爆口宏觀形貌

圖2 斷口清洗后的形貌

[1]楊啟堯．電廠鍋爐高溫過熱器爆管原因分析[J]．設備管理與維修,2011（01）．