摘要：国电江苏谏壁发电有限公司1036t/h锅炉末级过热器检修启动后84小时发生爆管，本文通过从割管金相及力学检验、内窥镜检查、氧化皮测厚、下弯头拍片、运行记录数据、部件结构等方面展开深入分析，同时对同类型锅炉该位置共性问题进行整理，分析爆管原因为末级过热器进口集箱结构形式影响，减温水量波动大造成氧化皮脱落堵管引起超温，并提出防止该处氧化皮脱落的针对性预防措施。
关键词：末级过热器；氧化皮；爆管；三通；T91
0 前言
国电江苏谏壁发电有限公司12号锅炉系上锅生产的SG1036/17.5—M869亚临界一次中间再热控制循环汽包炉，配N330-16.67/538/538型汽轮机。采用摆动式燃烧器，四角切圆燃烧、，单炉膛Π型露天布置，全钢架悬吊结构，平衡通风，固态排渣。设计煤种为神府东胜煤，采用正压直吹式制粉系统，配五台HP843型中速磨煤机。机组于2004年7月投产。
12号锅炉在某次计划性检修中进行了水压试验，启动后84小时发生末级过热器（以下简称末过）爆管，停炉检查发现末过进口左向右数第40屏外圈第2根管下弯头出口段爆管，并吹损第38、39屏的管子，如图1所示。爆口处管壁减薄呈刀刃状，爆口较大，呈喇叭状，形貌符合短期超温爆管特征。
图1 第40屏下弯头组件爆管形貌
该型锅炉末过布置在水平烟道尾部，高温再热器后部，结构如图2所示，换热管呈“W”型布置，横向分81屏布置，每屏4根（从外圈向内分别编号为#1至4管），横向间距171mm，纵向间距102mm。高温过热器4根换热管用材料与规格一致，炉外进口集箱引出管为12Cr1MoVG管，炉内受热面管规格为Φ51×6.5 mm的SA213-T91管，出口集箱炉外连接短管为12Cr1MoVG管，炉内换热管全部采用SA213-T91材料。末过每5片屏的#1管安装有壁温测点。
图2 锅炉受热面布置剖视图
1 试验分析
经割管取样分析，此次爆管为典型的短期超温爆管，从分析结果看，管子材质、强度、硬度等均符合要求，可排除管子本身的材质因素。末过堵塞的最可能原因为内壁氧化皮大面积脱落爆管，也不排除异物堵塞的可能。从剥落氧化皮厚度、原始泄漏管实验室分析内壁氧化皮厚度以及堆积高度较高的下弯头清理出的内壁氧化皮看，内壁氧化皮厚度普遍在0.2mm左右，最大未超过0.26mm，达到了可以剥落的厚度，但没有达到大面积剥落几率较大的厚度。从氧化皮厚度分布看，后弯头出口管内壁氧化皮厚度较厚，外圈#1管厚度较厚，符合蒸汽温度分布规律。从氧化皮厚度分析，不存在内壁氧化皮生长过快的状况；由于管壁超温导致内壁氧化皮生长过快，与母材结合状态较差的可能性较小；如果不存在氧化皮与母材结合状况不好的状况，发生内壁氧化皮大面积脱落的几率较小。
末过进出口集箱采用三通径向引入引出方式，见图3所示。虽然进口集箱中有涡流，但因采用了圆角三通，管组的阻力又较大，达到0.178MPa，所以81片屏之间的流量偏差很小。计算结果第40、42屏的Kr值为1.04，第41屏的Kr值为1.104，均大于管屏平均流量。因#41屏#1管安装有壁温测点，通过调取大量运行曲线，锅炉运行时上述屏管壁温度均大大低于其它管壁温度，可以排除由于三通效应引起的涡流现象。
图3 末过进口三通结构图
经统计整理同类型锅炉过热器爆管情况，发现启动后一个月内的末级过热器爆管多发生在#40-42屏的#2、#3管，如表1所示。该型锅炉末过只有一个进口集箱，进口三通布置在集箱中间，蒸汽自上而下引入，如图4所示。引入管口正对的换热管屏有39~43屏管，换热管屏的引入管的#2、#3管管口布置在集箱下部位置，#1、#4管管口布置在集箱上部，当二级减温水流量大，减温器雾化不好引起进口蒸汽带水时，水滴直接冲向管口影响的几排换热管屏，特别是布置在下部的#2、#3管。这是为什么高过外圈#1换热管壁温高、内壁氧化皮厚，但大面积脱落却集中在外圈#2、#3管的原因。
表1 同类型锅炉末过#40-42屏爆管情况统计
图4 Ⅱ级减温器至末过进口集箱示意图
2 爆管原因分析
2.1异物堵塞
根据爆管的管屏发生在集箱的正中间，正对进口三通位置，换热管蒸汽引入口位置在集箱下部，存在异物堵塞的可能。但从该类爆管在该炉型已多次发生来看，异物堵塞可能性极小。本次检修未对一次汽系统割管检查，可排除异物堵塞的可能。
2.2氧化皮堆积堵塞
此次爆管前，锅炉在启动中存在二级减温水调阀突开突关的现象，导致二减出口汽温存在大幅的汽温脉动，会导致内壁氧化皮大面积脱落，如图5所示。因内壁氧化皮结合状态已遭到严重破坏，残存的氧化皮启动过程材料膨胀引起脱落的可能性较大，不能排除启动过程中内壁氧化皮大面积脱落的可能。
图5 机组启动过程中减温水投用情况
此次检修过程中未对末过下弯头氧化皮堆积进行全面检查，推断可能在启动前换热管下弯头内已存在氧化皮堆积。在启动时，结合状态已遭到严重破坏、仍残留在内壁的氧化皮脱落，加重堵塞状况，导致下弯头内壁氧化皮完全堵死。
本炉型末过因布置在烟温相对较低区域，负荷较低时堵塞后壁温超温的幅度也不高，只有在高负荷状态，烟温较高的状态下，且堵塞状况很严重时才会产生短期的过热爆管，因此在启动84小时后才发生超温爆管。锅炉后屏与末过内壁氧化皮未清理去除干净前，应根据锅炉停炉时运行参数的波动状况进行内壁氧化皮脱落堆积、以及内壁氧化皮与母材结合状态的检查。
2.3内壁氧化皮结合状态
从末过#40-3管内壁氧化皮与母材结合状态内窥检查结果看，末过换热管内壁氧化皮与母材的结合状态受到严重破坏，如图6所示。在启动过程中出现内壁氧化皮大面积脱落的可能性很大。从内壁有氧化皮二次脱落的痕迹看，此前内壁氧化皮也发生过较大面积脱落。内窥检查中发现的残留在内壁的小块氧化皮、长条氧化皮以及翘起、起皮状态的氧化皮等在启动过程中肯定会脱落。即使启动时不出现大的汽温波动，启动过程的温度变化也会导致这些极易脱落的氧化皮脱落。
图6 内窥镜检查末过#40-3管内壁氧化皮情况
3 氧化皮脱落原因分析
3.1末过运行情况
锅炉自2004年投产，已经运行超过10年，累计运行超过7.3万小时。高过炉内换热管全部采用T91材料，均优于T23和G102选材，布置在高再之后，选材是合适的。高过内壁氧化皮厚度部分超过0.25mm，内壁氧化皮生长处于正常范围。一方面，在燃煤市场紧张时，出现因断煤导致汽温超限；另一方面，壁温测点少，可能存在个别管壁温较高。这些都会导致内壁氧化皮生成加快。但从内壁氧化皮大面积脱落状况分析，内壁氧化皮厚度只是已到了能够大面积脱落的状况，不是大面积脱落的主要原因。
3.2末级过热器结构
末级过热器“W”型布置，存在前后两个下弯头，由于末过布置在水平烟道尾部，烟气温度较低，蒸汽温升仅34℃不到，管壁温度比较平均，前后换热管内壁氧化皮厚度也较均匀。内壁氧化皮大面积剥落既发生在汽温较高的炉后管，也发生在烟温较高的前部管；前部下弯头与后部下弯头都会产生脱落氧化皮堆积。
如果前后弯头都产生了脱落氧化皮堆积，则堆积的氧化皮很难清扫带走。两个弯头都产生堆积后，产生两个较大的局部阻力区，换热管的阻力增加较多，也难以形成局部较高流速区，起到增加蒸汽流动携带的作用。前后下弯头同时存在氧化皮堆积会导致变流量对堆积氧化皮的亚稳态结构破坏的作用有所减弱。
3.3水压试验
锅炉在本次检修后进行了水压试验，水压试验后10天才启动，期间进行了加联氨保养。换热管在经过长时间水泡后，内壁氧化皮与母材的结合状态的破坏会加重，内壁氧化皮大面积脱落的几率增加。
3.4启停炉过程中内壁氧化皮破坏
在锅炉停炉时，几乎每次出现机组负荷很低时，蒸汽流量很小的状况下仍然投用二级减温水，高过进口蒸汽温度存跌至饱和温度；还存在停机时联关减温水，引起Ⅱ级减温器后蒸汽温度很大幅度第快速回升。蒸汽流量过低时因减温水导致的壁温大幅度瞬间波动，对布置在进口三通区域的换热管影响最严重，正中间的几屏换热面内壁氧化皮脱落最严重。
4 防氧化皮脱落措施
（1）利用锅炉大小修机会加强对管子下部氧化皮堆积状况、管子金相组织和力学性能等指标进行监督，重点对末过中间部位的受热面下弯头处氧化皮堆积情况加强监测，必要时要将下弯头割下检查，并及时跟踪变化趋势。
（2）做好运行精细化控制。调整机组启动方式，采用微油点火时应严格控制烟温有效降低主、再汽温，多途径控制好机组启动初期的差胀。严格控制启停过程中过热器一、二级减温水的投用时机和投用量，减温器后温度需保证30-50℃的过热度，60MW负荷前尽可能不投二级减温水。机组正常运行中严格控制管壁温度及温升速率,优化减温水自动控制策略。控制滑参数停机次数及深度,打闸停机后采用锅炉闷炉方式自然冷却。
（3）在末过出口管#39-43屏#1~4管全部加装壁温测点，特别在启动过程中密切监视温度变化情况，监测了解高过壁温的真实状态。
（4）在机组检修中无大面积更换受热面的状况时，应少进行水压试验；进行水压试验时应在启动前进行，防止锅炉受热面长时间被水侵泡。
5 结语
该型锅炉末过爆管的主要原因是受二级减温水量波动影响，正对末过进口集箱三通的#39-43屏，其接口位于集箱下部的#2、3管内壁氧化皮部分脱落并在弯头附近堆积堵塞了蒸汽流通，引起短时超温爆管。鉴于同类锅炉在运行超过5万小时后，内壁氧化皮可达到0.2mm，较易发生此类故障，建议应该从运行参数控制、检修检查监督等方面对末级过热器进行普查，采取必要的措施减小氧化皮堵塞爆管的风险，以保证机组的长周期安全稳定运行。
参考文献：
[1]徐少峰．300MW亚临界锅炉末级过热器爆管的分析及预防 [ J]．浙江电力，2009，(5)：29 - 31．
[2]李耀君．氧化皮脱落导致的过热器爆管原因分析[J ] ．热力发电，2005，34(6)：56 - 59．
[3]国电怀安热电#2机组末级过热器爆管故障分析报告[R]．2011
[作者简介]
王煜伟(1980-)，男，江苏镇江人，本科，工程师，现任国电谏壁发电厂设备管理部副主任，长期从事电力生产运行管理工作。
论文作者:王煜伟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：内壁论文; 弯头论文; 锅炉论文; 大面积论文; 温水论文; 管壁论文; 厚度论文; 《电力设备》2018年第24期论文;