（广东粤电博贺煤电有限公司 广东茂名 525000）
摘要：某电厂2台超超临界锅炉高温过热器顶棚管在投产调试期间发生了三次爆管，通过对爆管部位的宏观形貌、化学成分分析、拉伸压缩试验、金相组织分析，确定管壁超温是爆管的直接原因。进而提出了针对高温过热器超温的相关措施与对策，较好的解决了超超临界锅炉运行中高温过热器顶棚管超温的问题。
关键词：超超临界锅炉；顶棚管；爆管；超温
引言
某工程装设2台1000MW燃煤汽轮发电机组，2台超超临界锅炉为超超临界参数、直流炉、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、切圆燃烧方式、Π型锅炉。锅炉出口蒸汽参数为28.35MPa（a）/605/603℃，对应汽机的入口参数为27MPa（a）/600/600℃。整套机组的铭牌出力为1020MW，考核出力为1000MW。该项目3号炉和4号炉在168试运期间顶棚管先后三次发生爆管，其中3号炉先后两次发生爆管：第一次为左数144根顶棚管穿末过管屏处，记为3-144；第二次为右数第59根顶棚管穿后屏过热器处，记为3-59；4号炉爆管为左数第143根顶棚管近前墙水冷壁2m处记为4-143。管子材质为15CrMoG，规格Φ51×8mm。
1宏观形貌
取样包括三次爆管的管段，以及3-59左右相邻各一根管，记为3-58、3-60，还有4-143左右相邻各两根管，记为4-141、4-142、4-144、4-145。三次爆口管段宏观照片见图1，3-144、3-59爆口附近存在小角度弯头以穿过热器，4-143为直管段，管子两侧焊接了齿形鳍片，爆口均在向火面上。3-144爆口宏观见图2，爆口处鼓包明显，管片断裂形成“开窗”，一侧边缘壁厚明显减薄，表现出明显的超温爆口特征，一侧存在不规则的断裂痕迹，断口附近壁厚变化不明显，断口上存在多条二次裂纹，爆口处线切割痕迹是由前期电科院取样分析所留。3-59爆口宏观见图3，爆口处存在鼓包，爆口边缘减薄明显，为典型的超温爆口。4-143爆口宏观见图4，爆口也存在“开窗”，爆口附近胀粗，一侧壁厚明显减薄，另一侧沿鳍片角焊缝熔合线断裂，壁厚变化不明显。图5为3-59左右相邻各一根管的宏观照片，图6为4-143左右相邻各两根管的宏观照片。
2外径
按照图1、图5、图6中的划线位置用游标卡尺测量管子的外径，从左向右依次记为A、B、C，测量结果见表1。发现三根爆口管段的外径均存在不同程度的胀粗，距离爆口越近胀粗越明显。3-59两侧及4-143两侧的管段未发现明显的胀粗。
表1 外径测量（mm）
3 化学成分
在管子上取样用直读光谱进行化学成分分析，结果见表2。分析表明这几根管段的化学成分符合GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》的要求。
表2 化学成分（wt%）
距爆口500mm处金相组织为铁素体+珠光体+碳化物，球化级别较低，晶粒变形不明显，晶粒度7-8级。爆口相邻管段金相组织为铁素体+珠光体+碳化物，球化级别较低，晶粒变形不明显，晶粒度7-8级。3-144爆口附近弯头处发现鼓包，见图1中W处。测量该位置外径55.50mm，向火面鼓包明显，壁厚6.00mm，其金相组织为铁素体+珠光体+碳化物，晶粒度7-8级，球化级别3级；背火面壁厚7.72mm鼓包不明显，其金相组织为铁素体+珠光体+碳化物，晶粒度7-8级，球化级别2级。
6分析与讨论
综合以上试验结果可知：爆口及其附近管段存在不同程度的胀粗，距爆口越近胀粗越明显，爆口相邻管段未发现明显胀粗；各管段的化学成分正常；爆口相邻管段压扁合格。爆口处由于变形产生形变硬化效果，硬度偏高，其他部位的硬度合格。距爆口500mm处硬度相对爆口相邻管段略低。爆口相邻管段及距爆口500mm处的金相组织均为铁素体+珠光体+碳化物，为15CrMoG正常的金相组织，晶粒度7-8级，球化级别1-2级。爆口减薄处金相组织为铁素体+珠光体+碳化物，但是晶粒变形明显，球化级别3级。
根据爆口相邻管段材料各项性能均合格，可以基本判断原材料为合格。三处爆口均存在鼓包及壁厚减薄的现象，呈现出超温爆口的典型特征，爆口处金相组织球化级别更高也证实该位置存在超温。而3-144及4-143爆口存在“开窗”，断口处减薄不明显，推断管子爆开时冲击较大使管子爆开处产生断裂，3-144上可见不规则的撕裂痕迹，而4-143撕裂沿角焊缝分布，由于角焊缝强度较高，撕裂受到限制而较为平滑。三处爆管都是管壁超温导致。
7防止顶棚管爆口的措施
1）机组安装后受热面酸洗冲管不彻底，锅炉管道焊接过程中不慎留下的焊渣或给水系统内的检修杂物。通过对炉管全面拍片、割管及内窥镜检查等方式，及时处理异物堵塞和缺陷，确保给水系统、受热面管道和联箱内部的清洁。防止异物堵塞导致工质流量减少，受热面管壁超温而爆管。
2）对爆管区域的温度热电偶重新校正，保证温度测量偏差在可控范围内。加强对锅炉管壁温度的测量监控，增加管壁测点。每台炉增加了12台前端热电偶，288个测点，测点等距离分布。加大监控的覆盖面积，减小了监控死区。通过增设壁温测点来加强管子金属壁温的监控，加大监控的覆盖面积，减小了监控死区，确保管屏金属温度在规定范围内运行。
3）对炉管泄漏检测装置加强维护和监视，在炉管受热面泄漏的早期就发现，尽快采取措施，及时停止锅炉的运行。避免泄漏的蒸汽吹损临近的管壁，进而造成大面积的炉管泄漏。
4）加强对给水水质、蒸汽品质的监督，多次分析水质、蒸汽品质的试验数据，掌握水质变化趋势。当给水水质恶化时，按照“三级处理原则”处理。水质恶化处理完后，应将处理的时间、原因，处理的结果详细的记录好，作为以后管壁监督的依据。
5）采用超超临界锅炉正确的启动停止操作管理，杜绝不合理的快速启动停止现象，适当延长停炉后的打开炉门时间，防止氧化皮脱落现象发生。考虑停炉后在压力较高的情况下进行放水，放尽受热面管里的积水，防止再次启动时产生水汽堵塞。停炉后到炉水放尽后，禁止启动风机对锅炉进行加速冷却，防止氧化皮脱落。定期开展锅炉受热面状态评估和锅炉受热面寿命评估工作，安装锅炉受热面寿命管理系统，提高在线监测水平。
6）严格控制锅炉升降负荷速度，减小管壁温度变化的速率。升降负荷越大，蒸汽温度变化越快，炉管内温度的快速变化容易引起氧化皮的剥落。运行中加强燃烧调整，严格控制各部件的参数，严禁超限运行。组织合理的风粉量和恰当的火焰中心，使煤粉在炉内充分燃烧，防止局部结焦超温，以减少高温腐蚀。低负荷阶段尽量不投入二级减温水，二级减温水喷入会造成管壁温度的突变。对锅炉的燃烧进行调整，优化锅炉燃烧，减小炉膛左右温差。
8结语：
超超临界锅炉由于参数高，受热面的工作环境恶劣，受热面容易超温爆管泄漏。受热面超温爆管是目前我国电厂的共性问题，防止受热面超温爆管是电厂长期的工作。提高受热面的安装水平，运行监督管理水平，可以减少超超临界锅炉的超温爆管事件的发生。某电厂2台超超临界锅炉经过综合治理，顺利的完成了投产调试，为机组的投产运行打下了良好基础。
参考文献：
[1]肖国华，李益民，王理博.超超临界机组锅炉末级过热器爆管原因分析[J].理化检验－物理分册，2011，47（4）245-247.
[2]胡安，等.锅炉“四管”泄露原因浅析[Ｒ].哈尔滨锅炉厂有限责任公司，2012
作者简介：
黄志源，1979年生，男，广东韶关人，工程师，研究方向为百万级超超临界机组的运行安全与管理。
论文作者:黄志源,郑金华
论文发表刊物:《河南电力》2018年8期
论文发表时间:2018/10/18
标签：锅炉论文; 金相论文; 管壁论文; 晶粒论文; 顶棚论文; 珠光体论文; 碳化物论文; 《河南电力》2018年8期论文;