趙春海，徐笑丹，劉士玲，孫連玉

（1.神華神皖安慶皖江發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 安慶 246000；2.國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)春 130021）

鍋爐是火力發(fā)電廠主要設(shè)備之一，正常運(yùn)行是機(jī)組安全運(yùn)行的基本保證。某熱電廠1號(hào)鍋爐型號(hào)為HG－1102/17.5－YM33，為亞臨界、一次中間再熱、直流燃燒器、四角切向燃燒、單爐膛、Π 型布置的自然循環(huán)汽包爐。凝結(jié)水配置100%精處理裝置，給水采用氨水處理、爐水采用低磷酸鹽處理，屏式再熱器管材質(zhì)為12Cr1MoVG，規(guī)格為φ63 mm×4 mm，再熱蒸汽額定溫度540 ℃、壓力3.8 MPa。1號(hào)機(jī)組自上次大修以來累計(jì)運(yùn)行約19 000h。2012年10月18日，鍋爐屏式再熱器發(fā)生爆管泄漏，導(dǎo)致機(jī)組緊急停機(jī)，為查清爆管泄漏原因，從以下幾方面進(jìn)行分析。

1 泄漏原因分析

1.1 沉積物性質(zhì)及產(chǎn)生原因

爆管后進(jìn)行割管檢查，各爆口前后0.5m 處屏式再熱器直管段均有沉積物，沉積物較松散，表面粗糙，沉積物pH 值在12左右，平均厚度約0.28mm，經(jīng)能譜儀分析，沉積物中Na2O 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35.7%、P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為49.2%。根據(jù)亞臨界參數(shù)蒸汽對(duì)各種雜質(zhì)的溶解攜帶、機(jī)械攜帶特性及其在蒸汽系統(tǒng)中的沉積特性，表明鍋爐運(yùn)行過程中蒸汽存在嚴(yán)重的機(jī)械攜帶，使蒸汽中水?dāng)y帶的磷酸三鈉在再熱器管內(nèi)部沉積，機(jī)械攜帶較大的原因?yàn)槠豢刂破摺㈤L(zhǎng)期負(fù)荷變動(dòng)頻繁、汽水分離器出現(xiàn)短路等。

1.2 宏觀特性分析

停機(jī)后，發(fā)現(xiàn)甲側(cè)第3根（左數(shù)，標(biāo)高51 m）再熱器管有2個(gè)泄漏點(diǎn)，泄漏點(diǎn)均在直管段，漏點(diǎn)距下彎頭分別為500mm、200mm，爆口不大、邊緣不鋒利，泄漏點(diǎn)外壁有少量氧化皮、管壁無明顯減薄現(xiàn)象，第3根管漏點(diǎn)見圖1。

緊鄰的第4根管束漏點(diǎn)與第3根位置對(duì)應(yīng)，但形貌明顯不同，外壁有明顯被蒸汽吹損的痕跡，管壁明顯減薄，第4根管漏點(diǎn)見圖2。

從第3、4根管漏點(diǎn)內(nèi)、外形貌初步推斷，第3根管先爆管泄漏，泄漏蒸汽吹損了相鄰的第4根管，使第4根管壁爆口處明顯減薄，承受不了內(nèi)壁的壓力而發(fā)生爆破。

1.3 管樣化學(xué)成分分析

對(duì)第3、4根管樣進(jìn)行了化學(xué)成分分析，分析結(jié)果見表1。分析結(jié)果表明，再熱器管材質(zhì)材料主要成分均符合GB/T 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》中的12Cr1MoVG 對(duì)應(yīng)化學(xué)成分的要求，與設(shè)計(jì)材質(zhì)相符。

1.4 金相組織分析

在爆口處取樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)，第3根泄漏處基體組織為鐵素體＋少量珠光體＋碳化物，珠光體基本完全球化，球化評(píng)級(jí)4 級(jí)，見圖3a。第4 根泄漏處基體組織為鐵素體＋碳化物，珠光體完全球化，球化評(píng)級(jí)4～5級(jí)，見圖3b。

圖1 第3根管漏點(diǎn)（距下彎頭200mm）

圖2 第4根管漏點(diǎn)（距下彎頭200mm）

1.5 力學(xué)性能分析

表1 管樣成分分析結(jié)果 %

圖3 200倍金相組織

在第3、4根直管段（距離爆口處500mm 處）上取樣進(jìn)行常溫拉伸試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 常溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)外徑測(cè)量管徑脹粗不明顯，第3根管平均外徑為63.5mm，第4根管平均外徑為63.1mm，2根管均無明顯壁厚減薄現(xiàn)象。管材的抗拉強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》中12Cr1MoVG 的抗拉強(qiáng)度要求，斷后伸長(zhǎng)率符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

通過內(nèi)部沉積物分析、宏觀檢查、金相組織、材質(zhì)化學(xué)成分分析、力學(xué)性能分析等綜合分析，得出1號(hào)鍋爐再熱器爆管泄漏的直接原因是磷酸三鈉沉積在屏式再熱器內(nèi)部引起管壁長(zhǎng)時(shí)間過熱。

2 積鹽對(duì)再熱器管傳熱影響分析

再熱器管積鹽所引起的超溫程度，遠(yuǎn)較水冷壁嚴(yán)重，這是由于再熱器蒸汽和汽水混合物兩者的傳熱系數(shù)不同所致。為了進(jìn)一步探索積鹽量對(duì)再熱器管壁溫度的影響，需要進(jìn)行積鹽量對(duì)管壁溫度的影響估算。當(dāng)再熱器管內(nèi)基本無鹽垢時(shí)，管壁的平均溫度可按式（1）進(jìn)行估算［1］：

式中：Tp為再熱器管壁的平均溫度；tj為介質(zhì)溫度；Q為熱負(fù)荷［取146 300～188 100kJ/（m2·h）］；β為外徑與內(nèi)徑之比；a2為由器壁內(nèi)表面到介質(zhì)的傳熱系數(shù)［取10 450～20 900kJ/（m2·h·℃）］；Dw為外徑；λ為管壁的傳熱系數(shù)。

當(dāng)再熱器管有鹽垢時(shí)，管壁溫度按式（2）進(jìn)行估算［1］：

式中：tc為允許的 溫 度 偏 差（30 ℃）；λg為 鹽 垢 的 導(dǎo)熱系數(shù)；Dg為管內(nèi)鹽垢層的內(nèi)徑。

屏式再熱器管材質(zhì)為12Cr1MoVG，管徑為φ63 mm×4mm，再熱汽溫設(shè)計(jì)值為540 ℃，λ為137.94 kJ/（m2·h·℃），λg為4.18kJ/（m2·h·℃），分別根據(jù)式（1）、式（2），可估算無積鹽時(shí)，管壁平均溫度為545℃；積鹽0.28mm 時(shí)，管壁平均溫度可達(dá)585℃（超過額定溫度近45 ℃），爆管泄露前1個(gè)月內(nèi)，分布式控制系統(tǒng)（DCS）中泄漏處附近再熱器壁溫在569～581 ℃之間，對(duì)于低合金鋼，在超過額定溫度下較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，易發(fā)生爆管泄漏事故。計(jì)算再熱器壁溫與實(shí)測(cè)壁溫基本吻合及金相檢驗(yàn)結(jié)果表明，磷酸三鈉沉積在再熱器內(nèi)部引起再熱器管壁長(zhǎng)時(shí)間過熱導(dǎo)致鍋爐再熱器爆管。

3 結(jié)論與建議

1號(hào)鍋爐再熱器爆管泄漏的直接原因是磷酸三鈉沉積在再熱器內(nèi)部引起再熱器管壁長(zhǎng)時(shí)間過熱，而磷酸三鈉在再熱器內(nèi)部沉積的主要原因是1號(hào)汽包汽水分離器異常導(dǎo)致蒸汽的機(jī)械攜帶量升高。通過對(duì)汽包水位控制、負(fù)荷變動(dòng)及汽包內(nèi)部裝置等進(jìn)行分析、檢查，發(fā)現(xiàn)汽包左側(cè)第2 個(gè)汽水分離器傾斜，對(duì)傾斜的汽水分離器進(jìn)行重新安裝并對(duì)存在泄漏的再熱器管段進(jìn)行了更換。為了有效避免再熱器積鹽造成超溫運(yùn)行，應(yīng)從以下幾個(gè)方面做好工作。

a.控制好汽包水位和負(fù)荷變動(dòng)率，有條件時(shí)應(yīng)進(jìn)行熱化學(xué)試驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果控制藥劑劑量、汽包水位、水位與負(fù)荷變動(dòng)率等。

b.大修期間，應(yīng)對(duì)汽包內(nèi)部裝置進(jìn)行檢查，重點(diǎn)包括旋風(fēng)分離器、波紋板和百葉窗等汽、水分離裝置的完好性。

c.應(yīng)按照要求做到精處理系統(tǒng)100%投入，尤其是凝汽器、熱網(wǎng)加熱器等出現(xiàn)泄漏、滲漏時(shí)；同時(shí)還應(yīng)及時(shí)消除凝汽器、熱網(wǎng)加熱器的泄漏、滲漏現(xiàn)象，以保證給水、減溫水的水質(zhì)。

d.化學(xué)技術(shù)監(jiān)督要到位，凝結(jié)水、給水水質(zhì)不合格，應(yīng)按三級(jí)處理原則進(jìn)行處理。

［1］ 竇照英.結(jié)垢和積鹽引起的過熱爆破［J］.華北電力技術(shù)，1979，（6）：42－47.