670t/ h鍋爐過熱器頻繁爆管原因分析及預防措施

王文濤，董　鵬，王濤英，鄭全喜（.華電電力科學研究院內蒙古分院，內蒙古呼和浩特0000；.內蒙古華伊卓資熱電有限公司，內蒙古烏蘭察布0300）

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670t/ h鍋爐過熱器頻繁爆管原因分析及預防措施

王文濤1，董鵬1，王濤英1，鄭全喜2
（1.華電電力科學研究院內蒙古分院，內蒙古呼和浩特010020；2.內蒙古華伊卓資熱電有限公司，內蒙古烏蘭察布012300）

摘要：某電廠1號鍋爐運行期間40天內過熱器連續發生五次爆漏事故。對爆破管段取樣進行宏觀形貌分析、化學成分分析、力學性能檢測及顯微組織分析等綜合分析。結果表明，該鍋爐過熱器連續爆漏主要是由于過熱器管超溫過熱引起的，即過熱器局部管段存在異物堵塞情況，造成部分管段過熱老化或瞬時超溫超壓引發的爆漏。通過針對性割管及內窺鏡檢查，發現過熱器一級、二級減溫器集箱內存在黑色塊狀異物及高溫過熱器內壁存在大量氧化皮，對上述缺陷進行了徹底消缺處理并提出了具有針對性的預防措施。

關鍵詞：過熱器；頻繁爆漏；異物堵塞

0　引言

某電廠#1鍋爐為無錫華光有限公司制造的型號為UG-670-13.7-M，超高壓一次中間再熱、自循環固態排渣煤粉爐。過熱蒸汽設計壓力為13.7MPa，設計溫度為540℃，該機組至今已累計運行約5萬h。

2015年7-8月運行期間，#1鍋爐在40天內連續五次發生過熱器爆漏事故，各次過熱器爆漏的詳細信息見表1。可以看出，5次過熱器管爆漏中有3次為后屏過熱器管爆漏，1次為前大屏過熱器管爆漏，1次為高溫過熱器管爆漏。

表1　各次過熱器爆管情況信息匯總

1　試驗過程

1.1宏觀形貌

對各次過熱器爆管管樣進行宏觀形貌分析。由圖1可以看出，#1管樣爆口呈軸向長條狀，開口較小，爆口邊緣為鈍邊，斷裂面粗糙且不平整；管子無明顯脹粗，爆口處管子壁厚減薄較不多，外壁存在氧化皮并伴有氧化皮剝落，爆口周圍存在眾多與爆口平行且密集的縱向裂紋，呈現典型的長時過熱爆口特征。

#2、#3、#4及#5管樣的爆口均呈大喇叭口狀，爆口邊緣較為鋒利，爆口處嚴重脹粗，管子減薄嚴重，爆口基本沿縱向撕裂，爆口處外壁有與爆口同向的裂紋，管子外壁呈黑灰色，呈現典型的短時過熱爆口特征，如圖2及圖3所示。

1.2化學成分試驗

采用SPECZROMAXx型直讀光譜儀對5次爆管管樣進行了化學成分檢測，結果表明，5次管樣的化學成分各元素含量均符合相應的標準要求，不存在材質錯用情況。

1.3金相組織試驗

對5次爆管管段及同屏相鄰管段各取2根（A和B）進行微觀金相組織檢測及分析，各管樣的組織詳細結果見表2。

圖4所示為#1爆漏管樣的金相，可以看出，該管段爆口處及遠離爆口處的組織均已嚴重球化，但同屏與其相鄰的其他管段的金相組織正常，未見嚴重球化，首先說明該管段是由于長時過熱導致的爆漏，同時也說明該管子存在局部介質循環不暢的堵塞現象。

#2、#3及#4管樣爆口處及遠離爆口處的組織均未見嚴重球化，但組織均為鐵素體+沿鐵素體晶界分布的珠光體，該種組織雖未嚴重球化但組織狀態不佳，會在一定程度上削弱管子的強度，如圖5及圖6所示。與其同屏相鄰管樣的金相組織與爆破管段基本一致。

#5 TP347H管樣的組織為等軸狀均勻分布的單相奧氏體組織并伴有孿晶，未見明顯老化；此外，由于管子爆破時超溫幅值較高且爆破形變速率較快，因此在三角晶界處形成了蠕變孔洞，如圖7所示，與其同屏的相鄰管樣組織正常。

表2　各次爆漏管段及其相鄰管段的金相組織

1.4力學性能試驗

采用CMT5305型電子萬能試驗機對上述5支管樣進行常溫拉伸力學性能檢測，檢測結果見表3和表4。可以看出，#1管樣由于長時過熱導致組織嚴重球化，因此其常溫抗拉強度低于標準要求下限，不合格，而#2、#3、#4及#5管樣的常溫各項力學性能均符合標準要求。

表3　前、后屏過熱器12Cr1MoVG取樣管力學性能檢測結果

表4　高溫過熱器TP347H取樣管力學性能檢測結果

2　原因分析

從上述檢測結果來看，除第一次的后屏過熱器管爆漏為長時過熱所致外，其余四次無論是前大屏過熱器，或是后屏過熱器，還是高溫過熱器的爆漏均是由于短時過熱所致，這已充分說明該鍋爐的過熱器系統中存在嚴重的異物堵塞或結構原因造成的介質通流不順暢的情況。

由于前大屏、后屏及高溫過熱器入口處均設計有節流孔，節流孔內徑規格為15mm和17mm，結合爆漏管段及取樣檢測管段位置，有針對性的割取部分過熱器管的節流孔及部分彎頭，并輔助以視頻內窺鏡檢查，檢查中在各級過熱器管及過熱器一級和二級減溫器集箱內發現大量黑色塊狀異物、扁鋼及氧化皮等異物，具體發現異物的位置及異物類型見表5，異物形貌如圖8所示。

表5　現場檢查發現異物存在情況

一般情況下，導致鍋爐受熱面超溫過熱的原因主要有管內汽水流量嚴重分配不均、爐內局部熱負荷過高、管子內部嚴重結垢、異物堵塞管子及錯用鋼材等[3]。通過上述分析可知，各級過熱器管無錯用材質的情況；查閱受熱面運行的壁溫曲線，未發現過熱器局部熱負荷過高問題；現場割管檢查也并未發現管子內部存在嚴重結垢現象。結合所發現異物情況，確定該鍋爐連續5次的過熱器管爆漏主要是由于金屬扁鋼、黑色異物及脫落的氧化皮等異物堵塞管子入口節流孔及彎頭等部位，造成管內介質流量減小，短時間內管壁溫度急劇升高，管子過熱使其強度下降不能承受內部介質壓力而引起爆漏。此外，TP347H材料的線膨脹系數與氧化皮的線膨脹系相差較大[4]，當鍋爐負荷變化較大及頻繁啟停等異常工況往往會導致受熱面壁溫發生大幅值的快速變化，進而導致不銹鋼管內壁的氧化皮大量脫落引發堵管爆破。

3　結語

綜合上述試驗與分析，認為#1鍋爐過熱器頻繁爆管是由管子內異物堵塞造成短時、長時過熱引起的。由于異物殘留引起的過熱器爆管事故占制造、安裝及檢修質量事故的40%[5]。針對此類型事故，應認真分析，準確定位，采取切割節流孔和彎管并配合內窺鏡檢查等方式徹底排查清理受熱面系統內的異物，并加強割管后恢復過程中的焊接、熱處理及防止異物進入等技術管理，避免異物掉落管內造成二次堵塞。

為防止類似爆漏事故的發生，應做好以下幾點預防措施工作。首先，落實檢修責任制，實行“預防為主、分區管理、責任到人”的原則[6]；其次，做好鍋爐受熱面防磨防爆檢查工作，發現異常應立即進行檢驗分析、更換問題管子；另外，建立長效的爐管監視體制，運行中加強鍋爐燃燒調整，減小煙溫偏差，避免受熱面過熱超溫[4]，嚴格控制汽溫和金屬壁溫，減緩氧化皮的生成[7]。

參考文獻：

[1] GB5310-2008，高壓鍋爐用無縫鋼管[S].

[2] ASME SA 213/SA 213M-2013，ASME鍋爐及壓力容器規范：2013版.第2卷，材料，A篇，鐵基材料[S].

[3]范建中，趙瑞剛.鍋爐三管爆破原因分析及對策[J].內蒙古科技與經濟，2009，（5）：95，96.

[4]徐少峰，彭福仁.300MW亞臨界鍋爐末級過熱器爆管的分析及預防[J].浙江電力，2009，28（5）：30，31.

[5]李竹霞，龍顯淼，童遂放，等.鍋爐過熱器爆裂原因的統計分析和預防措施[J].中國安全科學學報，2009，19（12）：98，99.

[6]張錦文.電站鍋爐“四管”泄漏典型事件分析及預防措施[J].華電技術，2012，34（3）：51，52.

[7]張繼文，袁燕明，廖偉輝.超臨界600MW機組鍋爐高溫過熱器爆管原因分析及預防措施[J].熱力發電，2010，39（6）：86，87.

修回日期：2016-01-04

Causes Analysis and Prevention Measures on Superheater Tubes Frequently Bursting of 670t/h Boiler

WANG Wen-tao1，DONG Peng1，WANG Tao-ying1，ZHENG Quan-xi2
（1. Huadian Electric Power Research Institute and Inner Mongolia Branch，Hohhot 010020，China；2. Inner Mongolia Huayi Zhuozi Thermal Power Plant Co.，Ltd，Ulanqab 012300，China）

Abstract：During the period of running in a power palnt，witnessed burst and leakage on the first boiler continuously occurring five times in 40 days. The comprehensive analysises including macroscopic observation and chemical component analysis and mechanical property testing and microstructure analysis have been made on tubes sampling. The main cause for frequently bursting was due to over temperature and heating.In other words，the blockage existing in a part of superheater tubes caused bursting because of aging or instantaneous over-temperature and overpressure. Through targeted cutting and endoscopic examination，black round foreign matters in the first and second class superheater attemperator and a large scale cinder in superheater tubes have been found.The defects above-mentioned have been eliminated completely and the corresponding suggestion and measures have been proposed.

Key words：superheater tube；frequently bursting；blockage

收稿日期：2015-11-02

作者簡介：王文濤（1989-），男，內蒙古赤峰市人，學士，助理工程師，主要從事火力發電金屬技術監督、無損檢測及失效分析工作；董鵬（1985-），男，呼和浩特人，學士，助理工程師；王濤英（1980-），女，山東榮城人，學士，高級工程師。鄭全喜（1985-），男，山西人，大學專科，助理工程師，金屬技術監督專工。

中圖分類號：TM621.2

文獻標識碼：B

文章編號：2095-3429（2016）01-0051-04

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.01.012