1000MW超超臨界機組鍋爐高溫過熱器泄漏原因分析

宮偉基 王志榮 張建立

摘 要：通過對某超超臨界機組鍋爐高溫過熱器泄漏原因進行分析，通過進行內(nèi)窺鏡檢查、氧化皮檢測、取樣金相分析，認為減溫器故障導(dǎo)致管子入口節(jié)流孔被堵塞，導(dǎo)致管子過熱爆管。

關(guān)鍵詞：高溫過熱器；泄漏；分析

中圖分類號：TK223.32 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）05-0185-02

1 設(shè)備概況

某超超臨界機組三大主機均由東方電氣集團設(shè)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。高溫過熱器位于折焰角上方，共36屏，每屏26管圈，管屏呈U型，每個管屏匯集到一個分配集箱，分配集箱匯總到混合集箱，入口集箱除外1圈外均設(shè)置節(jié)流孔，節(jié)流孔共5種規(guī)格，由爐前向爐后直徑分別為14.5mm、13.5mm、13mm、12mm、11mm。入口管段材質(zhì)為TP347HFG 規(guī)格Φ45×8.2；出口段材質(zhì)為SUP304H，外3圈為HR3C材料。

過熱器的蒸汽溫度是由燃料/給水比和兩級噴水減溫來控制。其中第二級減溫器位于屏式過熱器出口集箱與高溫過熱器進口集箱的連接管上，由噴管、混合管、圓弧墊板等部件組成，圓弧墊板焊接在減溫器管子上，混合管靠焊接在圓弧墊板上的定位銷與混合管上的銷孔插接（間隙配合）固定（如圖1）。

2 泄漏情況

2014年9月11日，高溫過熱器發(fā)生泄漏，泄漏位置位于左數(shù)第9屏外數(shù)第11管圈入口段在TP347HFG和SUPER304H焊縫邊緣TP347HFG側(cè)，處理后9月17日并網(wǎng)。9月19日，高溫過熱器再次發(fā)生泄漏，位于左數(shù)第16屏外數(shù)第11管圈入口段TP347HFG和SUPER304H焊縫上側(cè)爆開（如圖2）。爆口位置和形狀與9月11日爆口相似；爆口處管段嚴重變形，爆口處管子壁厚減薄不明顯，爆口邊緣存在大量沿管子軸向的蠕脹裂紋，爆口邊緣管徑明顯脹粗。距爆管邊緣約100mm和800mm處的TP347HFG管徑分別為47.72mm、 46.75mm（原始外徑45mm），管徑脹粗量分別為6.0%和3.9%。

全部檢查高過入口管排外觀并測量蠕脹，發(fā)現(xiàn)高過14-11、12-18發(fā)生了蠕脹。14-11高過入口TP347HFG與SUPER304H焊口與滑塊之間外徑最大達到48mm，脹粗量為6.67%，12-18 TP347HFG、SUPER304H側(cè)1.5米范圍內(nèi)均脹粗至46.6mm，脹粗量為3.6%。

3 檢查及取樣檢驗

3.1 內(nèi)窺鏡檢查情況

對全部高過入口分配集箱割除手孔，進行內(nèi)窺鏡檢查，未發(fā)現(xiàn)異物；將大包內(nèi)密封盒中的高過入口14-11、12-18排管自聯(lián)箱下部T91管子處割開，對節(jié)流孔進行了內(nèi)窺鏡檢查，同時由割口處向下用內(nèi)窺鏡檢查管子內(nèi)部，未發(fā)現(xiàn)異物；割開3個分配集箱封頭，檢查入口混合集箱，未發(fā)現(xiàn)異物；將大包內(nèi)高過入口左數(shù)第3、7、14個入口小聯(lián)箱封頭Φ355.6×68-68割除，內(nèi)窺鏡從小聯(lián)箱進入大集箱進行了無縫隙檢查，未發(fā)現(xiàn)異物。

3.2 氧化皮檢測情況

對高過所有管排氧化皮堆積情況進行了檢測，未發(fā)現(xiàn)氧化皮堆積現(xiàn)象。重點對已脹粗但未爆管14-11、12-18管子下彎頭處進行了割管檢查，無氧化皮堆積現(xiàn)象。

3.3 減溫器檢查情況

割管檢查A、B兩側(cè)減溫器，發(fā)現(xiàn)混合筒均存在移位現(xiàn)象。其中B側(cè)減溫器兩個定位銷之一的下部定位銷磨損約為圓周方向的1/2，深度約5mm；墊板銷孔磨損成橢圓狀，橢圓的長軸尺寸約43mm。定位銷和墊板磨出的殘存的金屬翻邊長度約20mm，寬度約2mm。上部定位銷軸從墊板銷孔中脫出。墊板銷孔尺寸由34已磨損到43mm。檢查噴管和混合管的摩擦部位有磨損痕跡，混合管上部和圓弧板之間的距離約為10mm，之前檢查噴管時已發(fā)現(xiàn)噴管磨損部位為直徑的1/3，磨損深度約5mm。

A側(cè)減溫器下部定位銷磨損部位約為圓周方向的1/2，深度約5mm；混合管銷孔磨損成橢圓狀，長軸尺寸約50mm（如圖3）。定位銷和混合管磨出的金屬翻邊長度約30mm，寬度約20mm。上部定位銷及混合管銷孔磨損量和下部基本相同。檢查噴管和混合管的摩擦部位有金屬翻邊，金屬翻邊長度約20mm，寬度約15mm（如圖4）。混合管上部和圓弧墊板之間的距離約為6mm?；旌瞎茕N孔已由34mm磨損到50mm。

3.4 取樣檢驗結(jié)果

對16-11、17-11取樣進行檢驗，依據(jù)GB/T 231.1《金屬布氏硬度試驗第1部分試驗方法》，試樣表面經(jīng)金相砂紙磨光，采用臺式布氏硬度計進行檢測。布氏硬度檢驗結(jié)果表明，送檢管的硬度值均滿足GB5310標準對相應(yīng)鋼種的硬度值的要求，17-11管段硬度值略高于爆口管16-11管段硬度值。

依據(jù)DL/T 884-2004《火電廠金相檢驗與評定技術(shù)導(dǎo)則》對送檢管樣進行金相檢驗，爆口邊緣斷面呈近似45°的斜面，為穿晶型斷裂，近斷面處變形嚴重，并有少量撕裂孔洞，爆口邊緣組織為變形拉長的孿晶奧氏體+碳化物（如圖5），內(nèi)外壁側(cè)均有較多的微裂紋（如圖6）。

4 原因分析

（1）綜合材料取樣各項檢查、檢驗結(jié)果，排除了管材質(zhì)量的因素，泄漏的原因確定為過熱爆管。（2）因爆管及脹粗僅發(fā)生在個別管上，且高過壁溫沒有明顯的超溫現(xiàn)象，因此，可以排除煙溫高造成的爆管。（3）9月10日和9月17日兩次啟爐過程中高過入口蒸汽溫度均比飽和蒸汽溫度高100℃左右，且在90MW負荷之前因壓差小，減溫水無投入的可能，排除減溫水投用不當造成的水塞。（4）觀察所割的高過管子內(nèi)壁氧化皮狀況均良好，厚度較薄、致密完整、未見明顯剝落痕跡，對過熱的管子下彎頭割管也未發(fā)現(xiàn)氧化皮，全面氧化皮測量無明顯氧化皮沉積，排除了氧化皮堆積導(dǎo)致的堵塞爆管。（5）割管檢查高過入口A、B兩側(cè)減溫器（過熱器二級減溫器）發(fā)現(xiàn)最大的未脫落的金屬翻邊尺寸為30mm×20mm，大于泄漏管圈的入口節(jié)流孔直徑（13.5mm），懷疑有金屬翻邊脫落后隨汽流流動到高過入口，堵塞了高過入口節(jié)流孔，導(dǎo)致開機后高過管過熱爆管。

混合管晃動的原因分析是因混合筒未和定位銷相焊，定位銷設(shè)計直徑為30mm，墊板上的定位銷孔直徑為34mm，定位銷和墊板銷孔之間存有間隙，在減溫水的沖擊擾動下產(chǎn)生振動，造成定位銷和套筒墊板長期摩擦。二級減溫器圓柱銷為上下方向布置，混合管在自身重力作用下會發(fā)生下沉，加劇混合筒的振動，故磨損較嚴重。

5 結(jié)語

減溫器混合管晃動導(dǎo)致定位銷墊板碰磨出金屬翻遍堵塞節(jié)流孔是高溫過熱器過熱爆管的原因，通過割開減溫器、清理摩擦部位產(chǎn)生的金屬翻邊薄片，以消除堵塞隱患，改進減溫器混合筒固定方式，將減溫器定位銷和混合管進行焊接，防止混合管移位。經(jīng)徹底處理后，高溫過熱器未因減溫器問題發(fā)生爆管。

參考文獻

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