330MW 亞臨界鍋爐末級過熱器爆管原因分析及防治措施

蘇申

（華電新疆發(fā)電有限公司昌吉分公司，新疆 昌吉 831100）

前言：A 公司1 號鍋爐采用SG-1180/17.5-M4004，由上海鍋爐廠出廠，屬于330MW 亞臨界自然循環(huán)汽包爐，鍋爐可平衡通風(fēng)、四角切向燃燒，應(yīng)用了全鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)，支持干式固態(tài)連續(xù)排渣。針對A 公司鍋爐出現(xiàn)的末級過熱器爆管原因及防治措施分析，不僅有助于幫助該公司有效解決問題，對行業(yè)發(fā)展也存在積極影響。

一、案例詳情

A 公司1 號機(jī)組主汽溫度為541℃、主汽壓力為15.8MPa、負(fù)荷為290MW，爐膛負(fù)壓自-60Pa 瞬間上升到+356Pa，主汽壓力以及汽包水位均存在下降的縣鄉(xiāng)，送風(fēng)機(jī)以及給水流量等均呈增大趨勢，負(fù)責(zé)人員立即委派人員去往鍋爐處進(jìn)行檢查，檢查出數(shù)十處位置存在泄露聲響，四管已經(jīng)由于泄露導(dǎo)致報警，在詳細(xì)記錄情況后回報給總負(fù)責(zé)人。負(fù)責(zé)人員隨即發(fā)出停機(jī)消缺申請，并命令控制調(diào)節(jié)負(fù)荷以及主汽壓力，同時觸發(fā)汽包水位高保護(hù)動作，機(jī)組解列[1]。

二、原因及防治措施

末級過熱氣主要設(shè)置于后煙井延長處的水平煙道中，總計89 片，其中每片內(nèi)都應(yīng)用了四根蛇形的套管，以并聯(lián)的形式組合而成。套管外部的直徑為Φ51mm，應(yīng)用材料是SA213-T91 以及12Cr1MoVG 等，套管之間選取的為由不銹鋼材質(zhì)的板形工具制作成的管夾定位，同時以高度為基準(zhǔn)，設(shè)置了3 處橫向定位，中間利用U 型圓鋼和每個管屏加以連接，進(jìn)而確保各管屏之間的橫向節(jié)距能夠一致。

（一）原因分析

1.檢查情況分析

（1）泄露情況

停爐冷卻操作完成后通過檢查，發(fā)現(xiàn)過熱器內(nèi)存在4 根管出現(xiàn)了泄露狀況，多根管子出現(xiàn)出列，同時對著鍋爐正前方產(chǎn)生程度不同的彎曲狀況，其中一根管子彎曲變形狀況較為嚴(yán)重（如圖1）。

通過檢查45 排5 管的爆口處存在顯著的，因吹損減薄產(chǎn)生強(qiáng)度缺失導(dǎo)致的泄露痕跡[2]。爆口的邊緣處較為尖銳，且張開面積較大，長度也較長，邊緣和管子實(shí)際厚度差異較大，爆口內(nèi)壁存在厚度較大得氧化皮，并伴有脫落現(xiàn)象。

45 排6 管變形明顯，爆口處出現(xiàn)顯著塑性變形，導(dǎo)致爆口處薄度大幅減少，邊緣呈現(xiàn)較為粗糙，且開口面積較大，內(nèi)壁產(chǎn)生厚度較大的氧化皮，并伴有明顯的龜裂、脫落現(xiàn)象。45 排7 管及其爆口位置，出現(xiàn)顯著的因吹損減薄強(qiáng)度缺乏導(dǎo)致泄露的痕跡，爆口邊緣為尖刀狀。

通過對爆口外觀以及形狀的觀察以及研究，45 排5 管、7 管，以及46排7 管存在顯著因吹損減薄導(dǎo)致的泄露痕跡，爆口附近發(fā)現(xiàn)吹損特征，且邊緣似尖刀狀，通過對上述檢查分析，可以明確45 排6 管即為原始爆口。

（2）現(xiàn)場情況

針對過熱器89 排的管屏位置展開查驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)45 排外并沒出現(xiàn)管排變形以及其他類似管子吹灰器吹損等問題。針對45 排和其臨近管排加以查驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)另外22 根管出現(xiàn)損傷問題，通過蠕脹測量卡具針對過熱器實(shí)施查驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)45 排6 管外其他管子及管排不存在其他問題。對1 號鍋爐的過熱器圖紙進(jìn)行檢查，明確此次事故和損傷的管段，屬于SA213-T23 型、Φ51×7mm 規(guī)格。

通過合金分析儀對泄露管材質(zhì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)和SA213-T23 符合。同時，針對過熱器45、47 排等的下部彎管，以及入口集箱等展開內(nèi)窺檢查，發(fā)現(xiàn)46、47 排管下部彎管部位存在氧化皮堆積情況，入口集箱中以及45排入口處方向的集箱管孔處沒有明顯異物。通過射線針對過熱器內(nèi)部總計88 排中的616 個彎管，面向火面下部的位置展開氧化皮堆積檢測，沒有發(fā)現(xiàn)氧化皮堆積問題。

（3）歷史情況

2018 年進(jìn)行A 級檢修，未發(fā)現(xiàn)再熱器、過熱器異常，末級過熱器檢查，發(fā)現(xiàn)防磨護(hù)瓦存在脫落問題，已經(jīng)及時安裝修復(fù)，末級再熱器檢查，發(fā)現(xiàn)相同情況，已經(jīng)及時安裝修復(fù)。

2019 年3 月進(jìn)行檢查，再熱器管外觀存在灰塵堆積，發(fā)現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，已經(jīng)清理。再熱器管外觀未發(fā)現(xiàn)明顯的膨脹、變形問題，各管排間距離差異較大，個別防磨護(hù)瓦產(chǎn)生脫落問題。針對末級再熱器66 排管進(jìn)行了護(hù)瓦的加設(shè)操作。

2019 年9 月1 日至9 月3 日進(jìn)行機(jī)組調(diào)停檢查，發(fā)現(xiàn)過熱器迎火面首排彎頭位置存在兩處防磨護(hù)瓦出現(xiàn)脫落問題，脫落處測量壁厚為5.3mm，已經(jīng)修復(fù)。末級過熱器存在灰塵堆積量較大的問題，再熱管排出現(xiàn)輕微的積灰以及結(jié)焦問題。

2020 年6 月3 日至6 月9 日進(jìn)行停機(jī)檢修的過程中，發(fā)現(xiàn)末級過熱器管排迎火面首個下部彎管，產(chǎn)生減薄超標(biāo)問題的有28 根，進(jìn)行彎管更換，但并未涉及45 排。

（4）運(yùn)行情況

1 號機(jī)組運(yùn)行時長累計超6 萬小時。通過對以往運(yùn)行狀況的分析，了解到機(jī)組負(fù)荷上升期間，存在二級減溫水投退頻率較大的情況，且投運(yùn)量相對較大，短時間高頻率的進(jìn)行二級減溫水投運(yùn)，是誘發(fā)氧化皮產(chǎn)生的主要因素，此次泄露問題產(chǎn)生前后，二級減溫水投運(yùn)的實(shí)際狀況如圖（如圖2）。

2.原因總結(jié)

基于氧化皮堆積測試以及光譜驗(yàn)證等操作，能夠明確并非是由于運(yùn)行超溫、材料使用差異、管壁吹損等原因引起的爆管。通過針對爆管處及爆口形狀、外觀等的分析，明確45 排5 管、7 管以及46 排7 管，產(chǎn)生泄露問題的主要原因?yàn)榇祿p減薄強(qiáng)度缺乏，進(jìn)而導(dǎo)致爆管，45 排6 管，經(jīng)初步分析，原因?yàn)檫^熱導(dǎo)致爆管。

針對過熱器管的內(nèi)部以及集箱，通過內(nèi)窺檢查的方式，發(fā)現(xiàn)了程度存在差異的氧化皮脫落問題，特別是45 排5 管以及6 管，氧化皮的厚度較大，并伴有嚴(yán)重脫落。由此判斷過熱保管的原因是，過熱器內(nèi)部的氧化皮堆積，或者集箱中間留有異物，管中的介質(zhì)流量減少，致使溫度過高，進(jìn)而導(dǎo)致管子爆裂。過熱器及集箱內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)異物，并不能完全否定存在由于爆管沖擊，是得堵塞物排出，或者異物滯留在聯(lián)想內(nèi)部的可能性。

為了實(shí)現(xiàn)對過熱器管溫度的控制，在機(jī)組啟動停止和日常運(yùn)行的期間，進(jìn)行幅度較為顯著的變動或者投運(yùn)減溫水，導(dǎo)致管壁溫度起伏過大，導(dǎo)致氧化皮提前脫落。通過對同類機(jī)組爆管信息進(jìn)行分析和現(xiàn)場查驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，45排及46 排主要設(shè)置在各集箱之間的三通中部，這個三通的上部位置存放的是二級減溫水，和二級減溫器的噴口之間的距離大概為7.3m，針對集箱內(nèi)部而言，三通下部屬于凹面，比兩邊的集箱位置低，減溫水出現(xiàn)霧化異常情況時，較容易基于該位置流入2 管和3 管內(nèi)部，導(dǎo)致這一處管子的內(nèi)壁溫度變化明顯，導(dǎo)致嚴(yán)重的氧化皮脫落問題產(chǎn)生。

（二）問題分析

因運(yùn)行時間的增長，個別金屬部件會出現(xiàn)材質(zhì)破損、老化的問題，需要采取有針對性的措施，包括針對高溫聯(lián)箱和受熱面管的內(nèi)部進(jìn)行全方位的查驗(yàn)，并對材質(zhì)的損壞趨勢進(jìn)行研究，對發(fā)現(xiàn)的問題，研究和選取有效、安全的措施和方法加以解決。

同時，機(jī)組負(fù)荷工作期間多頻次上升下降，負(fù)荷升降期間出現(xiàn)主汽溫度瞬間升高的狀況，高頻次、大幅度進(jìn)行二級減溫水投運(yùn)，出現(xiàn)短時間內(nèi)多次進(jìn)行大量投運(yùn)的問題。

（三）具體措施

搶修期間對過熱器爆口以及入口集箱周邊兩邊的管排下部彎管，利用內(nèi)窺鏡以及射線拍片進(jìn)行前檢查，并沒有發(fā)現(xiàn)異物與氧化皮堆積較多的狀況，由于現(xiàn)下存在供熱壓力較大的狀況，針對過熱器45 排展開封堵操作，等到停機(jī)檢查維修期間采取恢復(fù)操作[3]。

基于檢查狀況，對過熱器內(nèi)的22 根管段進(jìn)行了更換操作，換管期間需完全依照規(guī)定操作，進(jìn)行熱處理以及焊接相關(guān)操作，同時，針對新產(chǎn)生的焊接口展開了100%射線檢測，確保合格。

在此次檢修期間，強(qiáng)化了針對換管期間展開的技術(shù)監(jiān)督強(qiáng)度，同時，完全依照規(guī)定內(nèi)容，展開砂輪片割管等操作，并嚴(yán)令禁止使用電焊進(jìn)行燒割操作，嚴(yán)禁金屬等其他不明物體進(jìn)入過熱器管的內(nèi)部。

根據(jù)規(guī)定要求，全方位落實(shí)換管焊接操作之前的各項準(zhǔn)備工作，所應(yīng)用的管材，均需要利用光譜驗(yàn)證，確保其滿足使用需求。坡口制作期間需要將管口完全封閉堵住，坡口制作完成以后，應(yīng)對管內(nèi)的金屬及各類異物展開全方位的清理。

對鍋爐負(fù)荷的升降速度展開有效控制，以降低熱沖擊，對鍋爐啟用和停機(jī)期間，管壁溫度的上升和下降進(jìn)行有效控制，同時嚴(yán)禁短時間內(nèi)進(jìn)行大幅度的溫度上升及降低操作。

創(chuàng)建長期高效的鍋爐監(jiān)督視察機(jī)制，具體運(yùn)行期間需要針對氣溫和管壁的溫度展開強(qiáng)化控制及監(jiān)督視察，并重視提高爐膛吹灰強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)降低過熱器壁溫的目的。強(qiáng)化鍋爐變工況燃燒的調(diào)節(jié)控制能力，降低煙溫的偏差，進(jìn)而防止由于局部溫度過高導(dǎo)致相關(guān)問題產(chǎn)生。

對鍋爐負(fù)荷上升期間的二級減溫水投運(yùn)的量進(jìn)行嚴(yán)格的把控，防止負(fù)荷上升期間，二級減溫水過度投運(yùn)，從而導(dǎo)致因管壁溫度突然大幅下降，末級過熱器中出現(xiàn)較多的氧化皮。末級過熱器內(nèi)的T23 管材長期運(yùn)行會導(dǎo)致管內(nèi)產(chǎn)生較多的氧化皮，運(yùn)行期間管壁溫度變化幅度過大，且速度較快，導(dǎo)致氧化皮集中脫落，是致使爆管問題產(chǎn)生的主要原因。鍋爐進(jìn)行初始點(diǎn)火啟動操作期間，因溫度上升速度較快等原因，也會導(dǎo)致氧化皮脫落，進(jìn)而引發(fā)爆管問題產(chǎn)生，為了減少此類事故的出現(xiàn)，應(yīng)重視嚴(yán)控鍋爐負(fù)荷升降速度，盡可能不要進(jìn)行過熱器二級減溫水大幅度投退操作。

后期待機(jī)組停機(jī)，進(jìn)行檢查維修操作期間，應(yīng)重視強(qiáng)化對過熱器出口及入口集箱內(nèi)部的查驗(yàn)強(qiáng)度，對其中存在的各類異物進(jìn)行全面清理，防止由于異物堵塞導(dǎo)致泄露問題產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組在未提前計劃的情況下出現(xiàn)停機(jī)的情況。

在開展工作后的防暴防磨檢查操作期間，應(yīng)重視基于機(jī)組的具體狀況，針對各個存在疑點(diǎn)的部位展開進(jìn)一步的查驗(yàn)操作，盡可能實(shí)現(xiàn)舉一反三，針對已經(jīng)產(chǎn)生的變形、鼓包等問題，應(yīng)在發(fā)現(xiàn)的第一時間采取有效手段進(jìn)行處理，避免導(dǎo)致其他問題產(chǎn)生。

在高溫區(qū)域管壁上，加設(shè)多個溫度測量點(diǎn)，以確保對運(yùn)行期間高溫區(qū)域管壁溫度的變化進(jìn)行實(shí)時、準(zhǔn)確的掌控，同時，也可以及時、有效的了解異常超溫問題的出現(xiàn)，有助于盡快解決，為鍋爐工作提供安全保障。

另外，倘若水壓試驗(yàn)后啟動，也應(yīng)重視確保啟動時間充足，保證管內(nèi)的積水因高溫受熱完全蒸發(fā)，之后才可以開展汽機(jī)沖轉(zhuǎn)操作，可降低由于高溫受熱導(dǎo)致管壁溫度波動幅度較大的問題產(chǎn)生。

檢修過程中，應(yīng)注意對過熱器減溫器的噴嘴進(jìn)行仔細(xì)檢查，并保證減溫水可以進(jìn)行正常的霧化操作。

結(jié)論：通過上述分析可得，330MW亞臨界鍋爐末級過熱器出現(xiàn)爆管問題，會對鍋爐的正常運(yùn)行造成較大影響，同時，會對相關(guān)單位、人員的安全造成較大威脅，有必要提起高度重視，通過有效檢查、多方面分析和探究等方式，了解爆管的具體原因，并采取有針對性的措施，加以解決和防治，有助于更好地保證生產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)安全。