某電廠高溫過熱器爆管分析及對應措施

陳柱全

摘 要：某電廠高溫過熱器為T23材質，在短期內連續發生爆管，通過對爆管形態的宏觀分析，以及鍋爐高溫過熱器金屬壁溫的研究，發現T23材質的過熱器在高溫環境下極易產生氧化皮，隨著氧化皮的不斷增加，管壁導熱極具惡化，從而導致過熱器長期超溫爆管。通過對這爆管原因的分析，提出了一種避免過熱器爆管的有效方法。

關鍵詞：高溫過熱器；爆管；宏觀分析；有效方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.159

1 引言

高溫過熱器是燃煤發電鍋爐的重要構件，長期處于煙塵、火焰等高溫惡劣工況下。其主要的失效形式有：高溫腐蝕，氧化皮脫裂，滲漏，爆管等[1]。爆管是高溫過熱器常見的一種失效形式，一方面影響發電鍋爐的性能，危害發電的安全性，另一方面會增加發電設備的運行及維護成本。對電廠鍋爐的過熱器爆管原因的分析及預防，對提高發電安全，降低運行成本具有重要意義。

2 爆管現象描述

某電廠#3機組為300MW級機組，鍋爐為上海鍋爐廠生產的SG-1025/17.5-M893型亞臨界壓力，一次中間再熱循環控制汽包爐。主蒸汽參數為16.67MW/538℃，再熱蒸汽參數為3.3MW/538℃。高溫過熱器共69屏，每屏沿著煙氣流動方向布置16根管，受熱面管規格為Φ51×7，材質為SA-213T23，過熱器出口溫度541℃，過熱器進口設計煙溫829℃。2018月5月30日#3機組高溫過熱器發生爆管泄漏，爆口位置在第31屏第1根管下彎頭處如圖1，爆口形態為開放性爆口，爆口長約90mm，寬約40mm。8月24日#3機組高溫過熱器再次爆管，爆管位置在第29屏第3根管下彎頭處圖2，爆口形態為開放性爆口，長約80mm，寬約50mm。#3機組高溫過熱器在短短3個月時間內連續發生兩次爆管，兩次爆管位置非常接近，爆口形態相同。截止至8月24日最近一次爆管，#3機組累計運行約7萬小時，啟動次數為67次。

3 爆管原因分析

3.1 過熱器爆管形態宏觀分析

#3爐5月30日及8月24日兩次爆管的爆口兩端直管均見有較明顯的脹粗，爆口周圍有縱向裂紋，管內有縱向裂紋。管子內、外壁較黑，均有較厚的氧化層，氧化層厚度約為0.5mm，管內、外的氧化層有部分已脫落。通過對爆管區域的觀察，高溫過熱器爆口處有明顯脹粗，外壁存在明顯縱向分布龜裂紋，為典型長期超溫爆管形態。

3.2 高溫過熱器管子金屬溫度分析

#3鍋爐高溫過熱器受熱面在大包內共有70個溫度監測點，均裝在大包內對應管屏的第16根管子上，亦即對應管屏管內工質的出口蒸汽溫度。從DCS系統調取的2018年5月30和2018年8月24日兩次爆管前5天的鍋爐運行高溫過熱器各管屏的出口蒸汽溫度進行分析。發現這兩次爆管前的溫度曲線趨勢一致，且有一個共同的特點，鍋爐運行爐內換熱存在熱偏差，第28屏到第43屏的區域熱負荷比較高，蒸汽出口溫度超過了控制溫度540℃，最高的蒸汽溫度達到了550℃。而5月30日，8月24爆管位置分別發生在第31屏，第29屏，顯然即這兩次爆管都與超溫相關。參照經驗值估算，對流過熱器的差值為20～400C，即爐內出口部位的管壁溫度為相應的爐外管內汽溫值加上20～400C[2]。對應爐內位于熱負荷較高處的受熱管子金屬壁溫最高溫度達到了590℃。

鍋爐正常運行時，火焰經水冷壁拆焰角后進入水平煙道，由于兩側引風機的作用下，在爐內水平煙道形成了兩個煙氣通道，形成了兩個高熱負荷區，因此、經過高溫過熱器時，從左側、中間、右側和上、下的煙溫是不相同的，存在一定的熱偏差，一般兩側的中間位置的下部的煙溫更高，熱偏差溫度有時可達到100℃。這樣就造成兩側的中間位置的下部的高溫過熱器受熱面管道的當量金屬溫度超溫過熱。而據相關研究院的研究、試驗認為，T23的管材在運行溫度超過580℃時，極易促成內壁氧化皮的生長加速，在鍋爐啟停過程中氧化皮容易脫落堵塞管子，導致蒸汽流量急劇減少，同時氧化皮生成過程中消耗了基體金屬，管段的有效壁厚顯著減薄，使管子環向應力增加，最終超過T23材質高溫下的許用應力發生爆管。

4 解決措施

（1）運行人員應加強過熱器出口溫度和大包管屏金屬溫度的監視和控制，嚴格按照超溫控制線運行。（2）建議在爐內高溫過熱器管子上加裝熱電偶測量管壁金屬溫度，核對運行中高溫過熱器管壁實際溫度，如超過T23管壁許用溫度580℃，建議更換高等級金屬材料，如SA-213T91等。（3）建議開展燃燒動力場試驗，合理運行調整，減少熱偏差。加強檢修運行維護管理，特別是啟停爐過程、水壓試驗后的啟爐操作。

參考文獻：

[1]馬加朋，蓋紅德，趙昆，戴家輝.電站鍋爐過熱器和再熱器的失效模式及機理[J].山東工業技術，2017（22）：6-7.