超超臨界機(jī)組鍋爐高溫再熱器泄漏原因分析

宮偉基

摘 要：通過對(duì)某超超臨界機(jī)組鍋爐高溫再熱器泄漏原因進(jìn)行分析，通過蠕脹測(cè)量、壁溫查閱、異物排查、氧化皮檢測(cè)和取樣化學(xué)成分檢測(cè)、金相分析、機(jī)械性能檢測(cè)，認(rèn)為管圈存在氧化皮堆積，造成介質(zhì)流量減少，對(duì)管壁冷卻能力下降，管子發(fā)生低于相變溫度的超溫，組織老化，析出σ相，碳化物長(zhǎng)大，抗拉強(qiáng)度下降，引起長(zhǎng)時(shí)過熱爆管。

關(guān)鍵詞：高溫再熱器;泄漏;分析

中圖分類號(hào)：TK229.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）12-0178-02

1 設(shè)備概況

某超超臨界機(jī)組三大主機(jī)均由東方電氣集團(tuán)設(shè)計(jì)制造，配置單爐膛鍋爐，前后墻對(duì)沖低NOX旋流燃燒，鍋爐型號(hào)DG3033/26.15-Ⅱ1，2012年12月投產(chǎn)，至2016年4月7日，累計(jì)運(yùn)行2萬(wàn)小時(shí)。高溫再熱器布置于高溫過熱器后的水平煙道內(nèi)，共74屏，每屏16管圈，管屏呈U型，外3圈為HR3C材料，其余入口管段材質(zhì)為TP347HFG，出口段材質(zhì)為SUP304H。

2 泄漏情況

2016年4月7日，#1機(jī)組四管泄漏檢測(cè)裝置報(bào)警。現(xiàn)場(chǎng)檢查，判斷高再受熱面泄漏。停爐檢查發(fā)現(xiàn)高再左數(shù)第40屏外數(shù)第13根管圈（簡(jiǎn)稱40-13，下同）在高再出口距頂棚約1.2m處（SUPER304H φ50.8×3.5）發(fā)生爆管，爆口長(zhǎng)度約300mm，最大開度140mm，爆口處管段發(fā)生嚴(yán)重變形，爆口處管子壁厚減薄不明顯，爆口邊緣存在沿管子軸向的氧化皮開裂，爆口附近管徑脹粗，如圖1。

3 檢查及取樣檢驗(yàn)

3.1 蠕脹測(cè)量情況

爆管附近處管徑脹粗量為4.52%。距離爆口1m處的管徑管徑脹粗量為2.4%（標(biāo)準(zhǔn)值小于4.5%）。

對(duì)高再出口左數(shù)22至58管排全面外觀檢查并測(cè)量蠕脹，除40-13管圈爆口附近外，其余管子未發(fā)現(xiàn)明顯脹粗現(xiàn)象。

對(duì)40-13管圈出口異種鋼接頭進(jìn)行檢查，SUPER304H側(cè)直徑為50.9mm，未發(fā)生明顯蠕脹現(xiàn)象。T92側(cè)管子氧化皮較厚，管子顏色發(fā)黑，直徑為51.9mm，存在明顯的蠕脹現(xiàn)象，管徑脹粗率為2.17%（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定小于1.2%）。

3.2 壁溫查閱情況

查閱高再左數(shù)第40屏自2016年1月至2016年4月時(shí)間段內(nèi)壁溫曲線，壁溫測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)均未超過620℃，未出現(xiàn)過壁溫超限值現(xiàn)象。

3.3 異物排查情況

自高再40-13和40-12入口管對(duì)40屏入口小集箱進(jìn)行了內(nèi)窺鏡檢查，未發(fā)現(xiàn)異物。將高再40-13爆口管整圈割下，檢查管內(nèi)及彎頭處，未發(fā)現(xiàn)異物。高再入口大聯(lián)箱及小聯(lián)箱2014年10月已進(jìn)行全面檢查，存在異物的可能性較小。

3.4 氧化皮檢測(cè)情況

對(duì)高再所有管屏前后彎頭進(jìn)行了氧化皮檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)值最大的4根管子割管驗(yàn)證，前彎頭氧化皮堆積量均未超過管徑的1/3。

#1爐先后于2014年3月、2015年10月對(duì)高再全部彎頭進(jìn)行了氧化皮檢測(cè)，歷次檢測(cè)均未發(fā)現(xiàn)40-13管圈彎頭存在氧化皮堆積現(xiàn)象，該管圈未進(jìn)行過氧化皮清理工作。

3.5 近期鍋爐啟停情況

查閱2016年1月28日停機(jī)歷史曲線，停機(jī)后悶爐時(shí)間為72小時(shí)，72小時(shí)后強(qiáng)制通風(fēng)。悶爐時(shí)間符合反措要求。

查閱2016年02月16日鍋爐啟動(dòng)歷史曲線，沖轉(zhuǎn)前機(jī)組汽溫溫升率為0.77℃/min，沖轉(zhuǎn)至鍋爐轉(zhuǎn)干態(tài)階段，汽溫溫升率分別為0.28℃/min、0.33℃/min。小于鍋爐廠的要求標(biāo)準(zhǔn)值1.5℃/min。

3.6 取樣檢驗(yàn)結(jié)果

3.6.1 化學(xué)成分檢測(cè)

對(duì)泄漏管進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)高再40-13材質(zhì)（SUPER304H、TP347HFG）符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.6.2 金相檢驗(yàn)

（1）40-13。1）出口段爆口SUPER304H管金相組織為奧氏體、碳化物和析出σ相，碳化物尺寸較大，如圖2。2）出口段爆口下300mm處SUPER304H管向火面金相組織為奧氏體、碳化物和析出σ相，碳化物尺寸較大，彌散分布;背火面金相組織為氏體、碳化物，碳化物彌散分布，如圖3。3）出口大包T92管金相組織為回火馬氏體和碳化物，馬氏體位向分散，碳化物顆粒彌散分布，晶界上的碳化物顆粒較大，老化級(jí)別3-4級(jí)，如圖4。4）入口段SUPER304H管金相組織為奧氏體、碳化物，晶界上碳化物較大，如圖5。

（2）40-12。1）出口段SUPER304H管金相組織為奧氏體、碳化物，個(gè)別碳化物尺寸較大，主要沿晶界分布;2）入口段TP347HFG金相組織為奧氏體、孿晶和碳化物。

3.6.3 硬度檢驗(yàn)

40-13根出口段（大包SA-213T92）布氏硬度值為HB183、183、180、176、173，平均值HB179;DL/T438-2009《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》規(guī)定：SA-213T92硬度值為180-250HB，左數(shù)第40排外數(shù)第13根出口段（大包SA-213T92）布氏硬度值低于下限。

3.6.4 機(jī)械性能試驗(yàn)

對(duì)40-13泄漏管及附近管段取樣進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)，結(jié)果如表1。

由表中數(shù)據(jù)可見，40-13爆口上管段（SUPER304H）向火面抗拉強(qiáng)度接近標(biāo)準(zhǔn)下限，T92管抗拉強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)要求，其余管段抗拉強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 原因分析

（1）綜合以上各項(xiàng)檢查、檢驗(yàn)結(jié)果，排除了管材質(zhì)量因素，泄漏原因確定為長(zhǎng)時(shí)過熱爆管。（2）因脹粗及爆管僅發(fā)生在高再40-13管上，其它管未發(fā)現(xiàn)過熱及超溫現(xiàn)象，排除了煙溫高及設(shè)計(jì)因素造成的爆管，確定爆管是因蒸汽側(cè)流量低導(dǎo)致。（3）導(dǎo)致蒸汽側(cè)流量低的可能原因有：氧化皮堵塞或異物堵塞。1）異物堵塞。對(duì)高再40-13爆口管及入口聯(lián)箱用內(nèi)窺鏡進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)異物;爐內(nèi)管系在割管后檢查亦未發(fā)現(xiàn)異物，但因爆口較大，若管內(nèi)有異物不排除被蒸汽吹走的可能性。2）氧化皮堵塞。發(fā)生爆管的40-13管圈在歷次氧化皮檢查中均未有氧化皮堆積現(xiàn)象的記錄，未進(jìn)行過割管清理氧化皮工作，分析該管圈在泄漏之前可能發(fā)生了氧化皮堆積，但未完全堵塞管圈，從而導(dǎo)致管系長(zhǎng)時(shí)過熱。

綜上所述，通過全面排查后分析本次爆管的原因?yàn)椋?/p>

40-13管圈存在氧化皮堆積，造成介質(zhì)流量減少，對(duì)管壁冷卻能力下降，管子發(fā)生低于相變溫度的超溫，組織老化，析出σ相，碳化物長(zhǎng)大，抗拉強(qiáng)度下降，引起長(zhǎng)時(shí)過熱爆管。

5 建議

增加高再40-12、40-13出口管壁溫測(cè)點(diǎn)，運(yùn)行中加強(qiáng)對(duì)壁溫的監(jiān)視?；謴?fù)屏過區(qū)域IK01-IK10長(zhǎng)吹灰器運(yùn)行，提高屏過受熱面吸熱量，降低爐膛出口溫度，以降低再熱器減溫水的投入量。提高氧化皮檢測(cè)頻次，利用檢修機(jī)會(huì)，對(duì)高再進(jìn)行全面的氧化皮檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)氧化皮沉積量超標(biāo)，及時(shí)加以清除。

參考文獻(xiàn)

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