王文濤，董　鵬，王濤英，鄭全喜（.華電電力科學(xué)研究院內(nèi)蒙古分院，內(nèi)蒙古呼和浩特0000；.內(nèi)蒙古華伊卓資熱電有限公司，內(nèi)蒙古烏蘭察布0300）

?

670t/ h鍋爐過(guò)熱器頻繁爆管原因分析及預(yù)防措施

王文濤1，董鵬1，王濤英1，鄭全喜2
（1.華電電力科學(xué)研究院內(nèi)蒙古分院，內(nèi)蒙古呼和浩特010020；2.內(nèi)蒙古華伊卓資熱電有限公司，內(nèi)蒙古烏蘭察布012300）

摘要：某電廠1號(hào)鍋爐運(yùn)行期間40天內(nèi)過(guò)熱器連續(xù)發(fā)生五次爆漏事故。對(duì)爆破管段取樣進(jìn)行宏觀形貌分析、化學(xué)成分分析、力學(xué)性能檢測(cè)及顯微組織分析等綜合分析。結(jié)果表明，該鍋爐過(guò)熱器連續(xù)爆漏主要是由于過(guò)熱器管超溫過(guò)熱引起的，即過(guò)熱器局部管段存在異物堵塞情況，造成部分管段過(guò)熱老化或瞬時(shí)超溫超壓引發(fā)的爆漏。通過(guò)針對(duì)性割管及內(nèi)窺鏡檢查，發(fā)現(xiàn)過(guò)熱器一級(jí)、二級(jí)減溫器集箱內(nèi)存在黑色塊狀異物及高溫過(guò)熱器內(nèi)壁存在大量氧化皮，對(duì)上述缺陷進(jìn)行了徹底消缺處理并提出了具有針對(duì)性的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：過(guò)熱器；頻繁爆漏；異物堵塞

0　引言

某電廠#1鍋爐為無(wú)錫華光有限公司制造的型號(hào)為UG-670-13.7-M，超高壓一次中間再熱、自循環(huán)固態(tài)排渣煤粉爐。過(guò)熱蒸汽設(shè)計(jì)壓力為13.7MPa，設(shè)計(jì)溫度為540℃，該機(jī)組至今已累計(jì)運(yùn)行約5萬(wàn)h。

2015年7-8月運(yùn)行期間，#1鍋爐在40天內(nèi)連續(xù)五次發(fā)生過(guò)熱器爆漏事故，各次過(guò)熱器爆漏的詳細(xì)信息見(jiàn)表1?？梢钥闯觯?次過(guò)熱器管爆漏中有3次為后屏過(guò)熱器管爆漏，1次為前大屏過(guò)熱器管爆漏，1次為高溫過(guò)熱器管爆漏。

表1　各次過(guò)熱器爆管情況信息匯總

1　試驗(yàn)過(guò)程

1.1宏觀形貌

對(duì)各次過(guò)熱器爆管管樣進(jìn)行宏觀形貌分析。由圖1可以看出，#1管樣爆口呈軸向長(zhǎng)條狀，開(kāi)口較小，爆口邊緣為鈍邊，斷裂面粗糙且不平整；管子無(wú)明顯脹粗，爆口處管子壁厚減薄較不多，外壁存在氧化皮并伴有氧化皮剝落，爆口周圍存在眾多與爆口平行且密集的縱向裂紋，呈現(xiàn)典型的長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱爆口特征。

#2、#3、#4及#5管樣的爆口均呈大喇叭口狀，爆口邊緣較為鋒利，爆口處嚴(yán)重脹粗，管子減薄嚴(yán)重，爆口基本沿縱向撕裂，爆口處外壁有與爆口同向的裂紋，管子外壁呈黑灰色，呈現(xiàn)典型的短時(shí)過(guò)熱爆口特征，如圖2及圖3所示。

1.2化學(xué)成分試驗(yàn)

采用SPECZROMAXx型直讀光譜儀對(duì)5次爆管管樣進(jìn)行了化學(xué)成分檢測(cè)，結(jié)果表明，5次管樣的化學(xué)成分各元素含量均符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，不存在材質(zhì)錯(cuò)用情況。

1.3金相組織試驗(yàn)

對(duì)5次爆管管段及同屏相鄰管段各取2根（A和B）進(jìn)行微觀金相組織檢測(cè)及分析，各管樣的組織詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)表2。

圖4所示為#1爆漏管樣的金相，可以看出，該管段爆口處及遠(yuǎn)離爆口處的組織均已嚴(yán)重球化，但同屏與其相鄰的其他管段的金相組織正常，未見(jiàn)嚴(yán)重球化，首先說(shuō)明該管段是由于長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱導(dǎo)致的爆漏，同時(shí)也說(shuō)明該管子存在局部介質(zhì)循環(huán)不暢的堵塞現(xiàn)象。

#2、#3及#4管樣爆口處及遠(yuǎn)離爆口處的組織均未見(jiàn)嚴(yán)重球化，但組織均為鐵素體+沿鐵素體晶界分布的珠光體，該種組織雖未嚴(yán)重球化但組織狀態(tài)不佳，會(huì)在一定程度上削弱管子的強(qiáng)度，如圖5及圖6所示。與其同屏相鄰管樣的金相組織與爆破管段基本一致。

#5 TP347H管樣的組織為等軸狀均勻分布的單相奧氏體組織并伴有孿晶，未見(jiàn)明顯老化；此外，由于管子爆破時(shí)超溫幅值較高且爆破形變速率較快，因此在三角晶界處形成了蠕變孔洞，如圖7所示，與其同屏的相鄰管樣組織正常。

表2　各次爆漏管段及其相鄰管段的金相組織

1.4力學(xué)性能試驗(yàn)

采用CMT5305型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)上述5支管樣進(jìn)行常溫拉伸力學(xué)性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3和表4。可以看出，#1管樣由于長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱導(dǎo)致組織嚴(yán)重球化，因此其常溫抗拉強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)要求下限，不合格，而#2、#3、#4及#5管樣的常溫各項(xiàng)力學(xué)性能均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3　前、后屏過(guò)熱器12Cr1MoVG取樣管力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

表4　高溫過(guò)熱器TP347H取樣管力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

2　原因分析

從上述檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，除第一次的后屏過(guò)熱器管爆漏為長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱所致外，其余四次無(wú)論是前大屏過(guò)熱器，或是后屏過(guò)熱器，還是高溫過(guò)熱器的爆漏均是由于短時(shí)過(guò)熱所致，這已充分說(shuō)明該鍋爐的過(guò)熱器系統(tǒng)中存在嚴(yán)重的異物堵塞或結(jié)構(gòu)原因造成的介質(zhì)通流不順暢的情況。

由于前大屏、后屏及高溫過(guò)熱器入口處均設(shè)計(jì)有節(jié)流孔，節(jié)流孔內(nèi)徑規(guī)格為15mm和17mm，結(jié)合爆漏管段及取樣檢測(cè)管段位置，有針對(duì)性的割取部分過(guò)熱器管的節(jié)流孔及部分彎頭，并輔助以視頻內(nèi)窺鏡檢查，檢查中在各級(jí)過(guò)熱器管及過(guò)熱器一級(jí)和二級(jí)減溫器集箱內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量黑色塊狀異物、扁鋼及氧化皮等異物，具體發(fā)現(xiàn)異物的位置及異物類型見(jiàn)表5，異物形貌如圖8所示。

表5　現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)異物存在情況

一般情況下，導(dǎo)致鍋爐受熱面超溫過(guò)熱的原因主要有管內(nèi)汽水流量嚴(yán)重分配不均、爐內(nèi)局部熱負(fù)荷過(guò)高、管子內(nèi)部嚴(yán)重結(jié)垢、異物堵塞管子及錯(cuò)用鋼材等[3]。通過(guò)上述分析可知，各級(jí)過(guò)熱器管無(wú)錯(cuò)用材質(zhì)的情況；查閱受熱面運(yùn)行的壁溫曲線，未發(fā)現(xiàn)過(guò)熱器局部熱負(fù)荷過(guò)高問(wèn)題；現(xiàn)場(chǎng)割管檢查也并未發(fā)現(xiàn)管子內(nèi)部存在嚴(yán)重結(jié)垢現(xiàn)象。結(jié)合所發(fā)現(xiàn)異物情況，確定該鍋爐連續(xù)5次的過(guò)熱器管爆漏主要是由于金屬扁鋼、黑色異物及脫落的氧化皮等異物堵塞管子入口節(jié)流孔及彎頭等部位，造成管內(nèi)介質(zhì)流量減小，短時(shí)間內(nèi)管壁溫度急劇升高，管子過(guò)熱使其強(qiáng)度下降不能承受內(nèi)部介質(zhì)壓力而引起爆漏。此外，TP347H材料的線膨脹系數(shù)與氧化皮的線膨脹系相差較大[4]，當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較大及頻繁啟停等異常工況往往會(huì)導(dǎo)致受熱面壁溫發(fā)生大幅值的快速變化，進(jìn)而導(dǎo)致不銹鋼管內(nèi)壁的氧化皮大量脫落引發(fā)堵管爆破。

3　結(jié)語(yǔ)

綜合上述試驗(yàn)與分析，認(rèn)為#1鍋爐過(guò)熱器頻繁爆管是由管子內(nèi)異物堵塞造成短時(shí)、長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱引起的。由于異物殘留引起的過(guò)熱器爆管事故占制造、安裝及檢修質(zhì)量事故的40%[5]。針對(duì)此類型事故，應(yīng)認(rèn)真分析，準(zhǔn)確定位，采取切割節(jié)流孔和彎管并配合內(nèi)窺鏡檢查等方式徹底排查清理受熱面系統(tǒng)內(nèi)的異物，并加強(qiáng)割管后恢復(fù)過(guò)程中的焊接、熱處理及防止異物進(jìn)入等技術(shù)管理，避免異物掉落管內(nèi)造成二次堵塞。

為防止類似爆漏事故的發(fā)生，應(yīng)做好以下幾點(diǎn)預(yù)防措施工作。首先，落實(shí)檢修責(zé)任制，實(shí)行“預(yù)防為主、分區(qū)管理、責(zé)任到人”的原則[6]；其次，做好鍋爐受熱面防磨防爆檢查工作，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即進(jìn)行檢驗(yàn)分析、更換問(wèn)題管子；另外，建立長(zhǎng)效的爐管監(jiān)視體制，運(yùn)行中加強(qiáng)鍋爐燃燒調(diào)整，減小煙溫偏差，避免受熱面過(guò)熱超溫[4]，嚴(yán)格控制汽溫和金屬壁溫，減緩氧化皮的生成[7]。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB5310-2008，高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管[S].

[2] ASME SA 213/SA 213M-2013，ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范：2013版.第2卷，材料，A篇，鐵基材料[S].

[3]范建中，趙瑞剛.鍋爐三管爆破原因分析及對(duì)策[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2009，（5）：95，96.

[4]徐少峰，彭福仁.300MW亞臨界鍋爐末級(jí)過(guò)熱器爆管的分析及預(yù)防[J].浙江電力，2009，28（5）：30，31.

[5]李竹霞，龍顯淼，童遂放，等.鍋爐過(guò)熱器爆裂原因的統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)防措施[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，19（12）：98，99.

[6]張錦文.電站鍋爐“四管”泄漏典型事件分析及預(yù)防措施[J].華電技術(shù)，2012，34（3）：51，52.

[7]張繼文，袁燕明，廖偉輝.超臨界600MW機(jī)組鍋爐高溫過(guò)熱器爆管原因分析及預(yù)防措施[J].熱力發(fā)電，2010，39（6）：86，87.

修回日期：2016-01-04

Causes Analysis and Prevention Measures on Superheater Tubes Frequently Bursting of 670t/h Boiler

WANG Wen-tao1，DONG Peng1，WANG Tao-ying1，ZHENG Quan-xi2
（1. Huadian Electric Power Research Institute and Inner Mongolia Branch，Hohhot 010020，China；2. Inner Mongolia Huayi Zhuozi Thermal Power Plant Co.，Ltd，Ulanqab 012300，China）

Abstract：During the period of running in a power palnt，witnessed burst and leakage on the first boiler continuously occurring five times in 40 days. The comprehensive analysises including macroscopic observation and chemical component analysis and mechanical property testing and microstructure analysis have been made on tubes sampling. The main cause for frequently bursting was due to over temperature and heating.In other words，the blockage existing in a part of superheater tubes caused bursting because of aging or instantaneous over-temperature and overpressure. Through targeted cutting and endoscopic examination，black round foreign matters in the first and second class superheater attemperator and a large scale cinder in superheater tubes have been found.The defects above-mentioned have been eliminated completely and the corresponding suggestion and measures have been proposed.

Key words：superheater tube；frequently bursting；blockage

收稿日期：2015-11-02

作者簡(jiǎn)介：王文濤（1989-），男，內(nèi)蒙古赤峰市人，學(xué)士，助理工程師，主要從事火力發(fā)電金屬技術(shù)監(jiān)督、無(wú)損檢測(cè)及失效分析工作；董鵬（1985-），男，呼和浩特人，學(xué)士，助理工程師；王濤英（1980-），女，山東榮城人，學(xué)士，高級(jí)工程師。鄭全喜（1985-），男，山西人，大學(xué)?？?，助理工程師，金屬技術(shù)監(jiān)督專工。

中圖分類號(hào)：TM621.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：2095-3429（2016）01-0051-04

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.01.012