超臨界鍋爐末級過熱器爆管原因分析

何軍，張健，何天磊

（1．國網安徽省電力公司電力科學研究院電源技術中心，安徽 合肥 230601；2.中電華創電力技術研究有限公司，江蘇 蘇州 215000）

超臨界鍋爐末級過熱器爆管原因分析

何軍1，2，張健1，2，何天磊1，2

（1．國網安徽省電力公司電力科學研究院電源技術中心，安徽 合肥 230601；2.中電華創電力技術研究有限公司，江蘇 蘇州 215000）

對某電廠600MW機組超臨界鍋爐T91末級過熱器爆管進行宏觀分析、化學成分分析、微觀分析、力學分析。結果表明，由于短時超溫，造成氧化皮脫落，形成汽側阻塞，導致爆管，對此提出防范措施。

超臨界鍋爐；末級過熱器；爆管；短時過熱

1 概述

某電廠600MW機組鍋爐型號為HG-1900/25.4-YM7，2008年8月投產，為超臨界參數變壓運行本生直流鍋爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構。該鍋爐B修完成后，在點火時發現其末級過熱器爆管，截至B修，累計運行時間約6.1萬小時。末級過熱器位于折焰角上方，沿爐寬方向均勻排列共30屏，每屏由20根管子繞制而成，進口段材料T91，彎頭及出口段材料為TP347H，規格為φ38.1×7.5mm。

2 宏觀檢驗

爆口位于鍋爐末級過熱器左數第21排外數第3圈，T91側，爆口距離T91/TP347H焊縫約1750mm，由圖1可知，爆口開口較大，爆口最大處長度約130mm，呈“魚嘴”狀，且爆口邊緣減薄嚴重，而且存在表面氧化龜裂現象，具有顯著的過熱爆管特征。

圖1 末級過熱器爆管宏觀照片

末級過熱器爆管與很多因素有關，其中主要有材質因素和運行因素等，為對末級過熱器材質進行組織對比和性能對比，在末級過熱器左數第21排外數第3圈爆口位置邊緣、爆口背面、遠離爆口分別取3個試樣進行分析。

3 化學成分分析

對爆管管樣進行化學成分分析，結果符合ASME標準中SA213-T91鋼的成分要求，由表1可知，爆管管樣沒有錯用材質，也不存在成分不合格現象。

4 微觀組織分析

在上述爆管管樣上分別選取爆口位置邊緣、爆口背面、遠離爆口進行微觀分析。金相組織如圖2a、b、c所示。

圖2 爆口處、爆口背面、遠離爆口的照片

表1 爆管管樣化學成分分析結果

由圖2可知，爆口邊緣處區域有馬氏體+回火馬氏體組織。T91管的碳當量很高，在超溫的作用下空冷之后，在恰當的條件下空冷得到淬火馬氏體組織。爆口背面顯微組織也有馬氏體+回火馬氏體組織。遠離爆口約500mm的位置管子內壁氧化皮厚度約為0.255mm，且氧化皮形態疏松，部分區域存在脫落的現象。該樣管的超溫區間位于A1和A3之間，這個區間部分鐵素體轉化為奧氏體，冷卻下來奧氏體轉化為淬火馬氏體，碳化物不溶解反而粗化，Laves相溶解。三處的金相點硬度如表2所示，均高于所規定的數值上限。

表2 布氏硬度試驗結果（HBW）

5 機械性能檢驗

對管樣進行拉伸試驗，測得拉伸試驗性能數據見表3。由表3可知，管樣的抗拉強度在其范圍內。

表3 拉伸試驗數據

6 結果及討論

末級過熱器管發生爆管，爆口在T91側，為短時超溫導致，金相照片中看出T91管內壁均存在較厚的氧化皮，厚度約0.25mm。該鍋爐已經運行6.1萬小時，根據上述分析，爆管的原因是在鍋爐起爐時，溫度上升過快，導致末級過熱器氧化皮脫落在下部彎頭處堆積，堆積的氧化皮減少了管道的流通截面積，使末級過熱器發生過熱而爆管。

氧化皮的剝落與否，主要取決于氧化皮與母材之間熱膨脹系數的差異，熱膨脹系數相差越大，氧化皮越容易剝落。氧化皮的膨脹系數約為0.9×10-6，T91的膨脹系數約為12×10-6，TP347H的膨脹系數約為18×10-6。由于氧化皮與母材之間熱膨脹系數的差異，當氧化皮厚度達到一定值后，在溫度發生變化時，氧化皮即很容易從金屬本體剝離。尤其是溫度發生反復或劇烈的變化時，如鍋爐啟停、停爐時強制通風快速冷卻，都會加速氧化皮的剝落。

7 防范措施

為防止氧化皮的快速產生和剝落，主要從受熱面管金屬材料選擇、機組運行等方面采取防范措施，避免爆管的發生。

（1）受熱面管應選擇抗氧化性能優異的金屬材料。一般情況是：高鉻鋼抗氧化性能優于低鉻鋼；奧氏體鋼抗氧化性能優于鐵素體鋼；冷作硬化鋼（如噴完處理）抗氧化性能優于非冷作硬化鋼。

（2）鍋爐啟動過程中加強冷態、熱態沖洗工作，嚴格控制熱態沖洗和冷態沖洗的水質指標；充分利用旁路系統進行低壓大流量蒸汽沖洗，保證剝落氧化皮等雜質被沖洗干凈，并注意控制水質中鐵和二氧化硅的含量。

（3）嚴格控制鍋爐升溫速度和升壓速度，監視爐膛出口煙溫，煙溫升速應控制在小于2℃/min。應避免使用減溫水，尤其是使用二級減溫水。

（4）在機組正常運行過程中，機組負荷在50%BMCR以上時升降負荷速率小于1.5%BMCR/ min，負荷在50%BMCR以下時升降負荷速率小于1%BMCR/min，負荷調整過程中，應控制好水煤比，防止水煤比失調，要嚴格控制高溫受熱面溫度，嚴禁鍋爐發生超溫運行。

（5）在機組發生故障跳機，故障比較清楚情況下，不影響汽輪機組沖轉、并網前提下，要盡快進行汽輪機組沖轉、并網帶負荷運行，避免鍋爐高溫受熱面出現大幅度降溫。

（6）機組停運時應加強鍋爐受熱面的檢查工作，及時清理受熱面管內氧化皮等。可采用氧化皮測厚、內窺鏡檢查、拍片檢查等，本著逢停必檢的原則，發現問題及時處理。

[1]宋小龍.新編中外金屬材料手冊[K].北京：化學工業出版社，2008.

[2]張孝華.超（超）臨界機組氧化皮綜合防治[J].山東工業技術.17-19

[3]王力園.600MW機組鍋爐高溫受熱面氧化皮剝落原因分析及防治措施[J].廣東電力.2011,24(3):52-55.

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