張小平 朱朝剛 丁吉偉

【摘 ?要】公司建有三臺(tái)650MW—HG-1950/25.4-YM1型鍋爐，末級(jí)過(guò)熱器位于折焰角上方，沿爐寬方向排列共30片管屏，入口段的管子φ44.5×8.5，材質(zhì)為SA-213 T91，底部彎頭及出口段的管子為φ44.5×8.5/9.5，材質(zhì)為SA-213 TP347H，底部彎頭采用大“R”的平底結(jié)構(gòu)，在啟動(dòng)期間，曾發(fā)生過(guò)個(gè)別管子堵塞，壁溫異常，通過(guò)加負(fù)荷、變流量等一些列操作后，堵塞的氧化皮被沖走，壁溫恢復(fù)正常。

【關(guān)鍵詞】氧化皮;末級(jí)過(guò)熱器;壁溫;許用應(yīng)力;快速升降負(fù)荷;蒸汽擾動(dòng)

1 概述

華潤(rùn)電力（常熟）有限公司建有三臺(tái)650MW—HG-1950/25.4-YM1型鍋爐，是哈爾濱鍋爐廠(chǎng)有限責(zé)任公司利用英國(guó)三井巴布科能源公司（MB）的技術(shù)支持，進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造的。鍋爐為一次中間再熱，超臨界壓力變壓運(yùn)行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的本生直流鍋爐，單爐膛，平平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣，全鋼架，全懸吊結(jié)構(gòu)，π型布置。鍋爐島為露天布置。

末級(jí)過(guò)熱器的壁溫計(jì)算是由計(jì)算機(jī)程序來(lái)完成數(shù)值計(jì)算的。程序根據(jù)管屏數(shù)量、單片管屏的并聯(lián)管數(shù)量和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、煙氣溫度的分布，計(jì)算管屏之間和管屏并聯(lián)管之間的流量分布，再根據(jù)流量分布及煙氣分布進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，最終得到各根管子的壁溫?cái)?shù)值。末級(jí)過(guò)熱器的材料選取和強(qiáng)度核算是根據(jù)最高壁溫來(lái)進(jìn)行的，留有足夠的裕量。

末級(jí)過(guò)熱器位于折焰角上方，沿爐寬方向排列共30片管屏，管屏間距為690mm，每片管組由20根管子20根管子繞 繞而成，入口段的管子φ44.5×8.5，材質(zhì)為SA-213 T91。底部彎頭及出口段的管子為φ44.5×8.5/9.5，材質(zhì)為SA-213 TP347H。底部彎頭采用大“R”的平底結(jié)構(gòu)，每片末級(jí)過(guò)熱器均連接有入口及出口集箱各一只，在車(chē)間內(nèi)焊接完成出廠(chǎng)。從φ219×40，材質(zhì)為SA-335 P91的末級(jí)過(guò)熱器出口集箱引出的蒸汽通過(guò)φ168×30，材質(zhì)為SA-335 P91的出口連接管引至φ508×80，材質(zhì)為SA-335 P91的末級(jí)過(guò)熱器出口匯集集箱，并經(jīng)出口匯集集箱兩端引出的兩根主蒸汽管道進(jìn)入汽機(jī)。

2末級(jí)過(guò)熱器管氧化皮堵塞實(shí)例

公司1號(hào)爐2017年6月11日調(diào)停檢修結(jié)束后啟動(dòng)過(guò)程中，于6月12日凌晨2點(diǎn)10分左右末級(jí)過(guò)熱器11-11（紅色線(xiàn)）、22-9（藍(lán)色線(xiàn)）兩個(gè)測(cè)點(diǎn)壁溫比別的的測(cè)點(diǎn)（綠色線(xiàn)）高出50度左右，11-11測(cè)點(diǎn)壁溫絕對(duì)值更高，見(jiàn)下圖SIS截圖。

3末級(jí)過(guò)熱器管堵塞原因分析

本爐型的末過(guò)蒸汽是從屏式過(guò)熱器流過(guò)來(lái)的，屏過(guò)入口管節(jié)流孔最小內(nèi)徑為12mm，最大內(nèi)徑為24mm，末過(guò)管無(wú)節(jié)流孔，最小內(nèi)徑為27.5mm，末過(guò)內(nèi)徑27.5>屏過(guò)內(nèi)徑24，因此屏過(guò)能通過(guò)的異物末過(guò)管子依然能通過(guò)。本次啟機(jī)中，屏過(guò)壁溫正常，從而排除是異物飄逸，堆積在末過(guò)入口的現(xiàn)象。

此外，鍋爐點(diǎn)火后13小時(shí)壁溫一直正常，說(shuō)明管子在此期間是暢通的，在6月12日凌晨2點(diǎn)10分左右突然壁溫比別的管子增加50度，說(shuō)明管子通流突然下降，完全符合氧化皮脫落堵管特征。

由于主汽溫度參數(shù)較高，受材質(zhì)高溫抗氧化性能、爐膛高溫?zé)煔狻⑹軣崦娌贾?、流量分配等因素的影響，目前超臨界機(jī)組的末級(jí)過(guò)熱器產(chǎn)生高溫氧化皮是不可避免的，且容易脫落。

在高溫下，高溫蒸汽管內(nèi)的鐵會(huì)和水蒸汽起發(fā)應(yīng)，生成氧化鐵系列如FeO、、FeO、FeO，并放出氫氣。最初生成的氧化層主要是由FeO構(gòu)成，這層氧化層是較為致密和富有韌性的，對(duì)金屬母材起著保護(hù)作用。但當(dāng)管壁內(nèi)溫度達(dá)560℃至570℃左右時(shí)，生成的氧化物則含有較多的FeO，該層氧化物結(jié)構(gòu)較為疏松，且由于鐵基體和Fe3O4 氧化物、、FeO氧化物之間熱膨脹系數(shù)各不同，在溫度變化范圍較大時(shí)，就容易剝落，剝落的氧化皮隨蒸汽流動(dòng)，多數(shù)被帶入汽輪機(jī)，在某些情況下會(huì)在垂直管屏的U形彎頭底部沉積，阻礙蒸汽流動(dòng)，當(dāng)鍋爐燃燒不穩(wěn)，熱負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，管子壁溫溫度變化過(guò)大，因氧化皮層和鍋爐管母材的熱膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致氧化皮層開(kāi)裂，則瞬時(shí)大面積脫落，管內(nèi)蒸汽來(lái)不及帶走（管子進(jìn)出口兩端部壓差只有0.3MPa，從底部彎頭至末過(guò)管子出口垂直高度為13～14米）脫落的氧化皮堵塞在彎頭處，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起爐管內(nèi)流量減少而過(guò)熱爆管。

4測(cè)點(diǎn)顯示值復(fù)合及強(qiáng)度校核

在2017年6月12日凌晨4點(diǎn)28分左右對(duì)11-11測(cè)點(diǎn)熱電偶進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)測(cè)溫電阻有異常。壁溫偏差仍為30-50℃，可以證明上述兩個(gè)測(cè)點(diǎn)顯示值是真實(shí)有效。

因?yàn)樯鲜鰞蓚€(gè)測(cè)點(diǎn)的壁溫均超過(guò)報(bào)警值，因此需要確定此時(shí)末級(jí)過(guò)熱器運(yùn)行的臨界參數(shù)，以防止末過(guò)由于強(qiáng)度不足而瞬時(shí)爆破。

查找鍋爐廠(chǎng)提供的《小口徑管強(qiáng)度計(jì)算匯總表》，得知安裝壁溫測(cè)點(diǎn)處末級(jí)過(guò)熱器的設(shè)計(jì)情況為：材質(zhì)SA-213T91，規(guī)格44.5×9.5，設(shè)計(jì)溫度為600℃，壓力為28.4MPa，最小壁厚為8.21。由表1

注 ?S值取自于A(yíng)SME鍋爐壓力容器法規(guī)第Ⅰ卷（表PG-23.1）和第Ⅷ卷第一部分（表USC-23）

為便于運(yùn)行操作，現(xiàn)對(duì)末過(guò)管子650℃時(shí)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行校核：

參照公式1

公式1：[p]=2ψ[σ]δ/D+δ

查詢(xún)表1得知：S=29.6 MPa，則σ=29.6，ψ=1，δ=9.5，D=25.5，

則：[p]=（2×1×29.6×9.5）÷（25.5+9.5）=16.07≈16.1

因此，末過(guò)管子在氧化皮沒(méi)吹通之前，最高溫度不得超過(guò)650℃，運(yùn)行壓力最高不超過(guò)16.1MPa。

5 氧化皮堵塞末級(jí)過(guò)熱器管處理

5.1利用PCV閥啟閉進(jìn)行過(guò)熱器壓力波動(dòng)

2017年6月12日早上8點(diǎn)利用PCV閥啟閉進(jìn)行過(guò)熱器壓力波動(dòng)干涉，但沒(méi)有效果.

5.2利用安全閥及PCV閥啟閉進(jìn)行過(guò)熱器壓力波動(dòng)

2017年6月12日下午3點(diǎn)10分左右，利用人工同時(shí)微啟過(guò)熱器6個(gè)安全閥以及PCV閥多次，未產(chǎn)生效果。

5.3通過(guò)升負(fù)荷，增大蒸汽流量

2017年6月12日，16：30開(kāi)始升負(fù)荷，隨著負(fù)荷的升高，超溫壁溫一直在增加，11-11測(cè)點(diǎn)達(dá)到峰值640℃時(shí)（17：43，348MW），開(kāi)始下降至630℃（18：00，336MW）持續(xù)23分鐘左右，18：23時(shí)，突然由629下降到455℃，此時(shí)負(fù)荷339MW.

隨后，繼續(xù)緩慢升負(fù)荷，22-9測(cè)點(diǎn)溫度由587緩慢上升至634℃峰值，突然下降到495℃，此時(shí)負(fù)荷437MW.

2017年6月12日20：13，兩個(gè)超溫測(cè)點(diǎn)恢復(fù)正常，機(jī)組正常投AGC調(diào)節(jié)。

6結(jié)論

6.1材質(zhì)為SA-213 TP347H的末過(guò)管子容易產(chǎn)生氧化皮，且在啟爐過(guò)程中（點(diǎn)火不超過(guò)24小時(shí)期間）氧化皮極易集中脫落堵塞管子，啟爐過(guò)程中需加強(qiáng)壁溫測(cè)點(diǎn)觀(guān)測(cè)，條件允許情況下，可每根管子加裝壁溫測(cè)點(diǎn)。

6.2當(dāng)確定氧化皮堵塞末過(guò)管子后，不能急著升負(fù)荷及提高主汽壓力，需要根據(jù)相關(guān)資料計(jì)算出管子安全的運(yùn)行參數(shù)，防止瞬時(shí)過(guò)熱爆管。

6.3可通過(guò)快速變動(dòng)蒸汽流量、壓力等手段，如快速升降負(fù)荷，將堆積的氧化皮沖走。

6.4僅靠微啟安全閥，一般無(wú)法沖走堵塞末過(guò)管子的氧化皮，因存在安全風(fēng)險(xiǎn)，不建議將安全閥全啟來(lái)增加蒸汽流量、壓力擾動(dòng)。

6.5通過(guò)采取大流量低參數(shù)升負(fù)荷，是最有效的帶走堆積的氧化皮方法。

6.6如果采取快速升降負(fù)荷、及大流量低參數(shù)升負(fù)荷等手段任然無(wú)法將氧化皮沖走，則可考慮發(fā)電機(jī)解列，開(kāi)旁路進(jìn)行吹掃。

6.7如果上述手段任然無(wú)法將堆積的氧化皮沖走，這種情況很少見(jiàn)，則建議停爐清理，雖然會(huì)影響電廠(chǎng)經(jīng)濟(jì)性，但無(wú)論時(shí)間還是檢修成本均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鍋爐爆管。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳慧琴，陳欣，王浩然，常熟3#綜合改造小口徑管強(qiáng)度計(jì)算匯總表（F0330XJ001K503），哈爾濱鍋爐廠(chǎng)有限責(zé)任公司

[2] 姜求志，王金瑞等，火力發(fā)電廠(chǎng)金屬材料手冊(cè)，中國(guó)電力出版社

[3] 李立人等，水管鍋爐?第四部分：受壓元件強(qiáng)度計(jì)算（GB/T 16507.4-2013），中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)

（作者單位：華潤(rùn)電力（常熟）有限公司）