高溫過(guò)熱器是燃煤發(fā)電鍋爐的重要構(gòu)件，長(zhǎng)期處于煙塵、火焰等高溫惡劣工況下。其主要的失效形式有：高溫腐蝕，氧化皮脫裂，滲漏，爆管等 [1]。爆管是高溫過(guò)熱器常見(jiàn)的一種失效形式，一方面影響發(fā)電鍋爐的性能，危害發(fā)電的安全性，另一方面會(huì)增加發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行及維護(hù)成本。對(duì)電廠鍋爐的過(guò)熱器爆管原因的分析及預(yù)防，對(duì)提高發(fā)電安全，降低運(yùn)行成本具有重要意義。

 

2　爆管現(xiàn)象描述

　　某電廠 #3 機(jī)組為 300MW 級(jí)機(jī)組，鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的 SG-1025/17.5-M893 型亞臨界壓力，一次中間再熱循環(huán)控制汽包爐。主蒸汽參數(shù)為 16.67MW/538℃，再熱蒸汽參數(shù)為 3.3MW/538℃。高溫過(guò)熱器共 69 屏，每屏沿著煙氣流動(dòng)方向布置 16 根管，受熱面管規(guī)格為Φ51×7，材質(zhì)為 SA-213T23，過(guò)熱器出口溫度 541℃，過(guò)熱器進(jìn)口設(shè)計(jì)煙溫 829℃。2018 月 5 月 30 日 #3 機(jī)組高溫過(guò)熱器發(fā)生爆管泄漏，爆口位置在第 31 屏第 1 根管下彎頭處如圖 1，爆口形態(tài)為開放性爆口，爆口長(zhǎng)約 90mm，寬約 40mm。8 月 24 日 #3 機(jī)組高溫過(guò)熱器再次爆管，爆管位置在第 29 屏第 3 根管下彎頭處圖 2，爆口形態(tài)為開放性爆口，長(zhǎng)約 80mm，寬約 50mm。#3 機(jī)組高溫過(guò)熱器在短短 3 個(gè)月時(shí)間內(nèi)連續(xù)發(fā)生兩次爆管，兩次爆管位置非常接近，爆口形態(tài)相同。截止至 8月 24日較近一次爆管，#3機(jī)組累計(jì)運(yùn)行約 7萬(wàn)小時(shí)，啟動(dòng)次數(shù)為 67次。

3　爆管原因分析

3.1　過(guò)熱器爆管形態(tài)宏觀分析

#3 爐 5 月 30 日及 8 月 24 日兩次爆管的爆口兩端直管均見(jiàn)有較明顯的脹粗，爆口周圍有縱向裂紋，管內(nèi)有縱向裂紋。管子內(nèi)、外壁較黑，均有較厚的氧化層，氧化層厚度約為 0.5mm，管內(nèi)、外的氧化層有部分已脫落。通過(guò)對(duì)爆管區(qū)域的觀察，高溫過(guò)熱器爆口處有明顯脹粗，外壁存在明顯縱向分布龜裂紋，為典型長(zhǎng)期超溫爆管形態(tài)。

 

3.2　高溫過(guò)熱器管子金屬溫度分析

　　#3 鍋爐高溫過(guò)熱器受熱面在大包內(nèi)共有 70 個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，均裝在大包內(nèi)對(duì)應(yīng)管屏的第 16 根管子上，亦即對(duì)應(yīng)管屏管內(nèi)工質(zhì)的出口蒸汽溫度。從 DCS 系統(tǒng)調(diào)取的 2018 年 5 月 30 和 2018 年 8 月 24 日兩次爆管前 5天的鍋爐運(yùn)行高溫過(guò)熱器各管屏的出口蒸汽溫度進(jìn)行分析。發(fā)現(xiàn)這兩次爆管前的溫度曲線趨勢(shì)一致，且有一個(gè)共同的特點(diǎn)，鍋爐運(yùn)行爐內(nèi)換熱存在熱偏差，第 28 屏到第 43 屏的區(qū)域熱負(fù)荷比較高，蒸汽出口溫度超過(guò)了控制溫度 540℃，較高的蒸汽溫度達(dá)到了 550℃。而 5 月 30 日，8 月 24 爆管位置分別發(fā)生在第 31 屏，第 29 屏，顯然即這兩次爆管都與超溫相關(guān)。參照經(jīng)驗(yàn)值估算，對(duì)流過(guò)熱器的差值為20 ～ 400C，即爐內(nèi)出口部位的管壁溫度為相應(yīng)的爐外管內(nèi)汽溫值加上20 ～ 400C[2]。對(duì)應(yīng)爐內(nèi)位于熱負(fù)荷較高處的受熱管子金屬壁溫較高溫度達(dá)到了 590℃。

 

鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，火焰經(jīng)水冷壁拆焰角后進(jìn)入水平煙道，由于兩側(cè)引風(fēng)機(jī)的作用下，在爐內(nèi)水平煙道形成了兩個(gè)煙氣通道，形成了兩個(gè)高熱負(fù)荷區(qū)，因此、經(jīng)過(guò)高溫過(guò)熱器時(shí)，從左側(cè)、中間、右側(cè)和上、下的煙溫是不相同的，存在一定的熱偏差，一般兩側(cè)的中間位置的下部的煙溫更高，熱偏差溫度有時(shí)可達(dá)到 100℃。這樣就造成兩側(cè)的中間位置的下部的高溫過(guò)熱器受熱面管道的當(dāng)量金屬溫度超溫過(guò)熱。而據(jù)相關(guān)研究院的研究、試驗(yàn)認(rèn)為，T23 的管材在運(yùn)行溫度超過(guò) 580℃時(shí)，極易促成內(nèi)壁氧化皮的生長(zhǎng)加速，在鍋爐啟停過(guò)程中氧化皮容易脫落堵塞管子，導(dǎo)致蒸汽流量急劇減少，同時(shí)氧化皮生成過(guò)程中消耗了基體金屬，管段的有效壁厚顯著減薄，使管子環(huán)向應(yīng)力增加，較終超過(guò)T23 材質(zhì)高溫下的許用應(yīng)力發(fā)生爆管。

 

4　解決措施

　　（1）運(yùn)行人員應(yīng)加強(qiáng)過(guò)熱器出口溫度和大包管屏金屬溫度的監(jiān)視和控制，嚴(yán)格按照超溫控制線運(yùn)行。（2）建議在爐內(nèi)高溫過(guò)熱器管子上加裝熱電偶測(cè)量管壁金屬溫度，核對(duì)運(yùn)行中高溫過(guò)熱器管壁實(shí)際溫度，如超過(guò) T23 管壁許用溫度 580℃，建議更換高等級(jí)金屬材料，如 SA-213T91 等。（3）建議開展燃燒動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，合理運(yùn)行調(diào)整，減少熱偏差。加強(qiáng)檢修運(yùn)行維護(hù)管理，特別是啟停爐過(guò)程、水壓試驗(yàn)后的啟爐操作。