600兆瓦超臨界直流爐末級(jí)過熱器管爆管原因分析

中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院 徐光明 劉杰 車暢

廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院汕尾檢測(cè)院 李湘岳

為了滿足國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，越來越多的高參數(shù)、大容量機(jī)組投入運(yùn)行。對(duì)于運(yùn)行工況更為苛刻的鍋爐受熱面，由高溫、高壓、腐蝕、磨損和疲勞等引起的早期爆管呈逐年上升的趨勢(shì)。其中，鍋爐末級(jí)過熱器管（以下簡(jiǎn)稱末過管）氧化皮剝落造成的突發(fā)性爆管事故對(duì)鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的危害十分嚴(yán)重，緊急停爐搶修不僅打亂了電廠的正常發(fā)電計(jì)劃，而且也增加了電廠的檢修成本，同時(shí)也干擾了整個(gè)地區(qū)的正常供電，造成巨大損失[1-5]?；诖?，本文對(duì)某電廠的600MW超臨界直流爐末過管爆管原因進(jìn)行了分析。

1 事故概況

某電廠 2號(hào)超臨界鍋爐，型號(hào)MO-SSRR809，MHI制造，Π型，鍋爐參數(shù)：設(shè)計(jì)出口壓力25.9 MPa，設(shè)計(jì)出口溫度542℃，最大連續(xù)蒸發(fā)量1950 t/h，再熱蒸汽流量1541.2 t/h 。該鍋爐于2011年08月08日發(fā)生爆管。通過對(duì)該超臨界爐解列，檢查確認(rèn)，爆管位置位于FL42600標(biāo)高的末級(jí)過熱器（簡(jiǎn)稱末過）從左往右數(shù)（簡(jiǎn)稱左數(shù)）第31屏入口側(cè)前數(shù)第3根（簡(jiǎn)稱31-3）的 SA-213T91管子(Φ48.1×7.2)發(fā)生爆管。

2 宏觀檢查

2.1 爆口

圖1 末級(jí)過熱器爆管位置

爐內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)，末過31-3根管發(fā)生爆管，爆口位于彎頭上方約800mm處，T91與TP347H管的異種鋼焊縫 T91 管側(cè)，爆口尺寸為124mm×44mm，爆口邊緣壁厚明顯減?。ū诤?.41mm），爆口附近上下管子(T91)脹粗Φ53.3，爆口朝向爐右，爆口向爐左變形約1500mm。圖2所示為末過31-3根管爆口形貌。

2.2 變形

末過31-3管的入口側(cè)由上向下發(fā)生了明顯的變形，分為3段：第1段在31屏和30屏之間進(jìn)行了出列變形；第2段是在30屏和29屏之間進(jìn)行了向上彎曲變形；第3段是在30屏和29屏之間進(jìn)行了出列變形。31-3管的爆口位于第2段和第3段之間，且距29-13管約100mm。如圖3所示為末過31-3管入口側(cè)的變形爆管情況。

2.3 氧化皮

圖2 末過31-3根管爆口形貌

圖 3 末過31-3管入口側(cè)的變形爆管情況

經(jīng)內(nèi)窺檢查，末過31-3根管T91材質(zhì)一側(cè)的管內(nèi)壁氧化皮厚度較厚，剝落嚴(yán)重，且大塊剝落。同時(shí)在與31-3根管連接出口集箱的管口邊緣有氧化皮堆積。而鄰近管內(nèi)及與集箱連接處均未見冥想的氧化皮堆積情況。如圖4所示末過31-3管內(nèi)及出口集箱管口邊緣的氧化皮剝落堆積情況。

圖4 末過31-3管內(nèi)及出口集箱管口邊緣的氧化皮脫落堆積情況

3 原因分析

依據(jù)爆口形狀及外壁氧化皮剝落等檢查可知，末過31-3根管爆管是由超溫造成的。同時(shí)由31-3管內(nèi)壁氧化皮剝落和與出口集箱連接處的氧化皮堆積可以推測(cè)，造成超溫的原因可能為：氧化皮的大量剝落造成管子堵塞，使得管內(nèi)水蒸汽流量減少，冷卻管壁的能力減弱，進(jìn)而造成了管壁的超溫。

3.1 爆口位置

發(fā)生爆口的位置位于末過入口側(cè)異種鋼接頭的T91一側(cè)。而T91材質(zhì)使用的位置正是整根31-3管所處煙氣溫度最高的位置。而當(dāng)管壁冷卻不足時(shí)，爆管就會(huì)首先在煙氣溫度較高的入口側(cè)亦即T91材質(zhì)一側(cè)發(fā)生。

3.2 集箱結(jié)構(gòu)

圖5所示為末級(jí)過熱器入口集箱的結(jié)構(gòu)及31-3根管的位置。從圖5中可以看出，31-3管位于入口集箱的三通位置，而水蒸汽在三通位置的擾流及渦流現(xiàn)象容易造成附近管子溫度升高，促使氧化皮增長。

圖5 末級(jí)過熱器出口聯(lián)箱的結(jié)構(gòu)及31-3根管的位置減溫器位置

3.3 減溫器情況

鍋爐在啟動(dòng)初期，二級(jí)過熱器減溫器已開啟，減溫器到末過入口集箱距離短，如霧化不良，很容易造成末過入口集箱三通位置管屏水擊，導(dǎo)致氧化皮剝落。而本次爆管僅點(diǎn)火后21小時(shí)便發(fā)生爆管，這也從側(cè)面說明氧化皮剝離嚴(yán)重。

3.4 負(fù)荷變化

鍋爐的負(fù)荷變化會(huì)造成管壁溫度的較大變化。根據(jù)電廠提供的數(shù)據(jù)，該鍋爐在啟動(dòng)初期，負(fù)荷從180MW升到250MW，需要升負(fù)荷5次，降負(fù)荷3次。由此出現(xiàn)的負(fù)荷波動(dòng)，很容易造成管壁的熱脹冷縮，進(jìn)而導(dǎo)致氧化皮的剝離。

4 結(jié)語及建議

本次爆管是因氧化皮的大量剝落堵塞管子造成管壁冷卻不足而超溫出現(xiàn)的。集箱與管子連接處存在水蒸汽擾流和渦流現(xiàn)象造成管壁超溫進(jìn)而加劇氧化使得氧化皮增多。氧化皮在減溫器霧化效果不足和鍋爐啟爐過程中多次的負(fù)荷升降影響下出現(xiàn)剝落，堵塞管子，造成超溫而爆管。鑒于此，本文建議：

末過31-3根管朝入口聯(lián)箱側(cè)T91材質(zhì)更換為TP347材料，長度約 5000mm。

對(duì)末過31-3管及其鄰近管子進(jìn)行分析，確定材質(zhì)老化情況和氧化皮厚度。

對(duì)末級(jí)過熱器集箱上的三通位置的管屏連接處增加熱電偶，監(jiān)測(cè)運(yùn)行溫度，便于運(yùn)行操作。

減少啟停次數(shù)，減緩啟停速率，啟動(dòng)初期減少負(fù)荷波動(dòng)，防止氧化皮剝離。

運(yùn)行注意燃燒調(diào)整，減少溫度突變及超溫發(fā)生。

啟動(dòng)初期盡量減少減溫器的投入，尤其過熱器二級(jí)減溫器。