超超臨界鍋爐高溫受熱面氧化皮脫落與治理

魯忠科

（華能威海電廠，山東 威海 264205）

某電廠3期2臺680 MW機(jī)組配置了2臺超超臨界直流鍋爐。鍋爐高溫受熱面、過熱器、再熱器采用的為SA-213TP347H，A-213S30432，SA-213TP310Hcbn型奧氏體不銹鋼管。在機(jī)組運行過程中，超溫或溫度急劇波動都會使受熱面管道內(nèi)壁產(chǎn)生氧化皮；當(dāng)機(jī)組停運后，降溫或溫度急劇變化時，氧化皮因與母材的膨脹系數(shù)不同而脫落，造成受熱面管道堵塞，最終導(dǎo)致超溫過熱爆管。

2013-03-15，該廠6號機(jī)組鍋爐高溫再熱器氧化皮脫落堵塞導(dǎo)致爆管，如圖1所示。

圖1 高溫再熱器爆管

1 預(yù)防氧化皮脫落的措施

6號機(jī)組鍋爐高溫再熱器爆管后，該廠及時編制了《焊接安全技術(shù)措施》，按照要求消除了爆管缺陷。2013-03-22，6號機(jī)組鍋爐投入正常運行。為保證鍋爐高溫受熱面安全穩(wěn)定運行，確保機(jī)組能夠得到有效檢查，徹底消除氧化皮脫落堵塞問題，該廠制定了《鍋爐氧化皮檢測與治理方案》。結(jié)合2013年6月份機(jī)組檢修，對6號機(jī)組鍋爐奧氏體不銹鋼管全面進(jìn)行氧化皮檢測與處理。

在鍋爐運行人員的配合下，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)定：停爐后悶爐72 h，停爐降溫速率不超過2 ℃/min。在停爐過程中，爐膛通風(fēng)10 min后立即停運送、引風(fēng)機(jī)，并關(guān)閉送、引風(fēng)機(jī)進(jìn)出口擋板，防止鍋爐受熱面降溫過快?？刂聘邷剡^熱器、屏式過熱器、高溫再熱器出口蒸汽溫度和受熱面金屬溫度降溫速率，確保不超過2 ℃/min；主、再熱壓降速率不大于0.3 MPa/min；降壓結(jié)束后水冷壁上水，控制啟動分離器溫度降低速率不高于2 ℃/min；啟動分離器儲水箱，見水后方可啟動煙風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)冷卻。根據(jù)環(huán)境溫度，控制風(fēng)機(jī)的出力，調(diào)整低過、低再入口煙溫的降低速率不高于2 ℃/min，禁止強(qiáng)制冷卻，執(zhí)行悶爐時間大于72 h，避免停爐時產(chǎn)生奧氏體不銹鋼管氧化皮脫落現(xiàn)象。

2 氧化皮的檢測實驗

使用與廠內(nèi)使用型號、規(guī)格、材質(zhì)相同的受熱面管段，將前期取出的氧化皮倒至該管段內(nèi)部，做氧化皮檢測試驗。通過肉眼觀察、重量測量、磁場強(qiáng)度測量，分別記錄氧化皮堆積高度為1/3，1/2，2/3流通面積時對應(yīng)的氧化皮重量值和此時的管段磁場值。結(jié)合現(xiàn)場爐內(nèi)環(huán)境磁場，校核氧化皮磁場測量儀(型號：BM-100)的測量值，再根據(jù)管外徑和壁厚的不同分別繪制過熱器、再熱器磁場強(qiáng)度與氧化皮含量曲線。

3 氧化皮的清理

3.1 氧化皮的取出

2013年6月份機(jī)組檢修停爐，未采用燜爐方式進(jìn)行，讓引風(fēng)機(jī)加速冷卻從而使氧化皮迅速脫落。在6號機(jī)組此次檢修時，爐內(nèi)溫度完全冷卻后，輕輕敲打受熱面管，使氧化皮完全脫落至管內(nèi)底部U型彎頭內(nèi)，再用磁場強(qiáng)度儀對高過、高再不銹鋼彎頭進(jìn)行全面的磁場強(qiáng)度測量。結(jié)合前期校核曲線，估算管內(nèi)氧化皮重量、堆積高度、堵塞管道的面積，對超過設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值的管段進(jìn)行割管，取出氧化皮。

3.2 氧化皮測量與分析

通過對6號機(jī)組的檢修，發(fā)現(xiàn)高溫再熱器冷端770個彎頭全部存在氧化皮堆積超標(biāo)現(xiàn)象。某個彎頭的氧化皮堆積情況如圖2所示，質(zhì)量為1 328 g。檢查切割后的直管內(nèi)壁情況，確認(rèn)無異常后焊接恢復(fù)所有切口，對焊接后的管道進(jìn)行100 %無損檢測，結(jié)果均合格。

圖2 氧化皮堆積情況

TP347H鋼管內(nèi)壁氧化物分為2層，此次6號爐高再脫落的氧化皮為外層氧化物，內(nèi)層氧化物仍附著在管道內(nèi)壁。內(nèi)層氧化物由圍繞原金屬晶界分布的富鉻氧化物和位于原金屬晶粒內(nèi)部的鐵鉻鎳氧化物組成，主要成份為Fe3O4，其結(jié)構(gòu)緊密牢固，不易脫落；外層氧化物為鐵氧化合物組成，結(jié)構(gòu)松散，易開裂脫落。外層氧化物脫落后，由于內(nèi)層氧化物對TP347H管中Fe原子的擴(kuò)散有阻礙作用，使管道內(nèi)壁再次生成鐵氧化合物變得非常困難，生成周期也會相應(yīng)加長。因此，在清理外層氧化皮時，要注意保護(hù)內(nèi)層氧化皮。

3.3 氧化皮的吹掃

在機(jī)組啟動過程中，要利用蒸汽攜帶原理盡量清除沉淀在管內(nèi)的氧化皮。在機(jī)組沖轉(zhuǎn)前，將主汽壓力控制在6 MPa，主汽溫度控制在350～400 ℃；再熱蒸汽壓力控制在大于1.1 MPa,溫度控制在350～400 ℃。保證上述參數(shù)后，應(yīng)盡量提高熱負(fù)荷，開大高、低旁路，采用穩(wěn)壓沖洗，利用蒸汽帶走氧化皮。沖洗時，要求化學(xué)人員每隔1h對主、再熱蒸汽及凝結(jié)水的品質(zhì)進(jìn)行取樣分析，介質(zhì)中Fe2+含量由“低—高—低”至穩(wěn)定并合格后，再進(jìn)行機(jī)組并網(wǎng)工作。

4 清理效果

通過對氧化皮的檢測與清理，結(jié)合機(jī)組點火過程中執(zhí)行的氧化皮吹掃措施，有效清理了6號機(jī)組鍋爐奧氏體不銹鋼管內(nèi)部的氧化皮，保證了鍋爐高溫受熱面的安全運行。對6號機(jī)組鍋爐高再氧化皮進(jìn)行清理后，未出現(xiàn)因氧化皮堵塞造成的爆管現(xiàn)象。

在2014年機(jī)組檢修期間，對5號機(jī)組鍋爐高過、高再進(jìn)行針對性的氧化皮檢測與清理，提高了超超臨界鍋爐連續(xù)安全運行的能力。

從經(jīng)濟(jì)上看，超超臨界鍋爐“四管”泄漏最快搶修時間為5天，以680 MW機(jī)組每日帶80 %負(fù)荷計，損失發(fā)電量為65 280 MW；若再加上檢修、啟停機(jī)組等費用，單臺機(jī)組泄漏爆管后的經(jīng)濟(jì)損失約650萬元。

通過對氧化皮的檢測與清理，避免了機(jī)組非停，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語

超超臨界鍋爐高溫受熱面管采用奧氏體不銹鋼管，鍋爐累計運行約10 000 h后，管道內(nèi)部氧化皮極易脫落，堆積到受熱面彎頭內(nèi)部，影響管道傳熱導(dǎo)致超溫爆管，給電廠帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，通過氧化皮測量儀快速檢測法，可有效發(fā)現(xiàn)超超臨界鍋爐高溫受熱面管氧化皮脫落問題，減少或杜絕鍋爐爆管現(xiàn)象，保障了機(jī)組的安全穩(wěn)定運行。