超超臨界機組鍋爐高溫再熱器泄漏原因分析

宮偉基

摘 要：通過對某超超臨界機組鍋爐高溫再熱器泄漏原因進行分析，通過蠕脹測量、壁溫查閱、異物排查、氧化皮檢測和取樣化學成分檢測、金相分析、機械性能檢測，認為管圈存在氧化皮堆積，造成介質流量減少，對管壁冷卻能力下降，管子發生低于相變溫度的超溫，組織老化，析出σ相，碳化物長大，抗拉強度下降，引起長時過熱爆管。

關鍵詞：高溫再熱器;泄漏;分析

中圖分類號：TK229.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0178-02

1 設備概況

某超超臨界機組三大主機均由東方電氣集團設計制造，配置單爐膛鍋爐，前后墻對沖低NOX旋流燃燒，鍋爐型號DG3033/26.15-Ⅱ1，2012年12月投產，至2016年4月7日，累計運行2萬小時。高溫再熱器布置于高溫過熱器后的水平煙道內，共74屏，每屏16管圈，管屏呈U型，外3圈為HR3C材料，其余入口管段材質為TP347HFG，出口段材質為SUP304H。

2 泄漏情況

2016年4月7日，#1機組四管泄漏檢測裝置報警。現場檢查，判斷高再受熱面泄漏。停爐檢查發現高再左數第40屏外數第13根管圈（簡稱40-13，下同）在高再出口距頂棚約1.2m處（SUPER304H φ50.8×3.5）發生爆管，爆口長度約300mm，最大開度140mm，爆口處管段發生嚴重變形，爆口處管子壁厚減薄不明顯，爆口邊緣存在沿管子軸向的氧化皮開裂，爆口附近管徑脹粗，如圖1。

3 檢查及取樣檢驗

3.1 蠕脹測量情況

爆管附近處管徑脹粗量為4.52%。距離爆口1m處的管徑管徑脹粗量為2.4%（標準值小于4.5%）。

對高再出口左數22至58管排全面外觀檢查并測量蠕脹，除40-13管圈爆口附近外，其余管子未發現明顯脹粗現象。

對40-13管圈出口異種鋼接頭進行檢查，SUPER304H側直徑為50.9mm，未發生明顯蠕脹現象。T92側管子氧化皮較厚，管子顏色發黑，直徑為51.9mm，存在明顯的蠕脹現象，管徑脹粗率為2.17%（標準規定小于1.2%）。

3.2 壁溫查閱情況

查閱高再左數第40屏自2016年1月至2016年4月時間段內壁溫曲線，壁溫測點測點均未超過620℃，未出現過壁溫超限值現象。

3.3 異物排查情況

自高再40-13和40-12入口管對40屏入口小集箱進行了內窺鏡檢查，未發現異物。將高再40-13爆口管整圈割下，檢查管內及彎頭處，未發現異物。高再入口大聯箱及小聯箱2014年10月已進行全面檢查，存在異物的可能性較小。

3.4 氧化皮檢測情況

對高再所有管屏前后彎頭進行了氧化皮檢測，并對檢測值最大的4根管子割管驗證，前彎頭氧化皮堆積量均未超過管徑的1/3。

#1爐先后于2014年3月、2015年10月對高再全部彎頭進行了氧化皮檢測，歷次檢測均未發現40-13管圈彎頭存在氧化皮堆積現象，該管圈未進行過氧化皮清理工作。

3.5 近期鍋爐啟停情況

查閱2016年1月28日停機歷史曲線，停機后悶爐時間為72小時，72小時后強制通風。悶爐時間符合反措要求。

查閱2016年02月16日鍋爐啟動歷史曲線，沖轉前機組汽溫溫升率為0.77℃/min，沖轉至鍋爐轉干態階段，汽溫溫升率分別為0.28℃/min、0.33℃/min。小于鍋爐廠的要求標準值1.5℃/min。

3.6 取樣檢驗結果

3.6.1 化學成分檢測

對泄漏管進行化學成分檢測，發現高再40-13材質（SUPER304H、TP347HFG）符合標準要求。

3.6.2 金相檢驗

（1）40-13。1）出口段爆口SUPER304H管金相組織為奧氏體、碳化物和析出σ相，碳化物尺寸較大，如圖2。2）出口段爆口下300mm處SUPER304H管向火面金相組織為奧氏體、碳化物和析出σ相，碳化物尺寸較大，彌散分布;背火面金相組織為氏體、碳化物，碳化物彌散分布，如圖3。3）出口大包T92管金相組織為回火馬氏體和碳化物，馬氏體位向分散，碳化物顆粒彌散分布，晶界上的碳化物顆粒較大，老化級別3-4級，如圖4。4）入口段SUPER304H管金相組織為奧氏體、碳化物，晶界上碳化物較大，如圖5。

（2）40-12。1）出口段SUPER304H管金相組織為奧氏體、碳化物，個別碳化物尺寸較大，主要沿晶界分布;2）入口段TP347HFG金相組織為奧氏體、孿晶和碳化物。

3.6.3 硬度檢驗

40-13根出口段（大包SA-213T92）布氏硬度值為HB183、183、180、176、173，平均值HB179;DL/T438-2009《火力發電廠金屬技術監督規程》規定：SA-213T92硬度值為180-250HB，左數第40排外數第13根出口段（大包SA-213T92）布氏硬度值低于下限。

3.6.4 機械性能試驗

對40-13泄漏管及附近管段取樣進行機械性能試驗，結果如表1。

由表中數據可見，40-13爆口上管段（SUPER304H）向火面抗拉強度接近標準下限，T92管抗拉強度低于標準要求，其余管段抗拉強度符合標準要求。

4 原因分析

（1）綜合以上各項檢查、檢驗結果，排除了管材質量因素，泄漏原因確定為長時過熱爆管。（2）因脹粗及爆管僅發生在高再40-13管上，其它管未發現過熱及超溫現象，排除了煙溫高及設計因素造成的爆管，確定爆管是因蒸汽側流量低導致。（3）導致蒸汽側流量低的可能原因有：氧化皮堵塞或異物堵塞。1）異物堵塞。對高再40-13爆口管及入口聯箱用內窺鏡進行了檢查，未發現異物;爐內管系在割管后檢查亦未發現異物，但因爆口較大，若管內有異物不排除被蒸汽吹走的可能性。2）氧化皮堵塞。發生爆管的40-13管圈在歷次氧化皮檢查中均未有氧化皮堆積現象的記錄，未進行過割管清理氧化皮工作，分析該管圈在泄漏之前可能發生了氧化皮堆積，但未完全堵塞管圈，從而導致管系長時過熱。

綜上所述，通過全面排查后分析本次爆管的原因為：

40-13管圈存在氧化皮堆積，造成介質流量減少，對管壁冷卻能力下降，管子發生低于相變溫度的超溫，組織老化，析出σ相，碳化物長大，抗拉強度下降，引起長時過熱爆管。

5 建議

增加高再40-12、40-13出口管壁溫測點，運行中加強對壁溫的監視。恢復屏過區域IK01-IK10長吹灰器運行，提高屏過受熱面吸熱量，降低爐膛出口溫度，以降低再熱器減溫水的投入量。提高氧化皮檢測頻次，利用檢修機會，對高再進行全面的氧化皮檢測，發現氧化皮沉積量超標，及時加以清除。

參考文獻

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