常熟--屏式過熱器發(fā)生超溫爆管的原因分析和預(yù)防

1、屏式過熱器發(fā)生超溫爆管的原因分析和預(yù)防,華潤電力（常熟）有限公司二零一一年十一月,摘要：本文通過對我公司屏式過熱器三次爆管的分析，提出了了預(yù)防 屏式過熱器爆管的技術(shù)措施。關(guān)鍵詞：屏式過熱器 超溫 爆管 預(yù)防,我公司鍋爐屏式過熱器在7月22日、26日、30日連續(xù)三次發(fā)生爆管泄漏。 該鍋爐型號為HG1980/25.4－YM1，系哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司引進(jìn)三井巴布科克能源公司技術(shù)生產(chǎn)的第二臺超臨界鍋爐。以

2、下是鍋爐整體布置圖.doc。 屏式過熱器布置在上爐膛，沿爐寬方向共有30片管屏，屏間距為690mm。以下是屏過管屏結(jié)構(gòu)圖.doc。,1 設(shè)備基本情況,根據(jù)管子的壁溫不同，入口段為φ38×7mm、SA-213 T91，屏底部為φ38×7mm、SA-213 TP347H，出口段為φ38×8mm、SA-213 T91。 出入口溫度分別為438.9℃和512℃，每片屏式過熱器均連接有出口和入口集箱各一只。入

3、口集箱設(shè)有節(jié)流孔，節(jié)流孔結(jié)構(gòu)如圖：,1 設(shè)備基本情況,1 設(shè)備基本情況,,每片屏節(jié)流孔尺寸分布如下表：,,1）第一次爆管： 2011年7月22日20:15分左右二號鍋爐屏式過熱器發(fā)生爆管，23日1:55左右停機(jī)。 爆管位置為左數(shù)第7排內(nèi)圈第一根出口段，距離頂棚約3米距離，根據(jù)爆口形狀判斷為長期超溫爆管，如圖四，爆管吹損與其相鄰另外兩根管子，打開第7排入口集箱檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)圈第一個(gè)管口存在一直徑約15mm的異物。,2 事件經(jīng)過,2

4、）第二、三次爆管： 第一次爆管處理結(jié)束后于7月26日4:57鍋爐點(diǎn)火，9:58機(jī)組并網(wǎng)，14:10發(fā)生爆管（機(jī)組負(fù)荷313MW），16:48機(jī)組打閘。第二次爆管距離并網(wǎng)僅4小時(shí)，據(jù)鍋爐點(diǎn)火也僅9小時(shí)。檢查發(fā)現(xiàn)屏過第19屏，第1根（編號19-1）換熱管下彎頭（材質(zhì)TP347H）向火側(cè)爆管，同時(shí)下彎頭上方垂直段（材料為TP347H）一處縱向開裂。爆口呈菱形，變形較大。 第二次爆管檢查發(fā)現(xiàn)屏過24屏第1根（編號24-1）換熱管下彎頭處

5、TP347H外壁發(fā)黑，存在嚴(yán)重的超溫現(xiàn)象。,2 事件經(jīng)過,第二次爆管處理結(jié)束后于7月30日6:30鍋爐點(diǎn)火，12:48機(jī)組并網(wǎng)，20:37發(fā)生爆管（即組負(fù)荷470MW），此時(shí)主/再熱蒸汽溫度控制在530/560℃運(yùn)行。停爐后檢查發(fā)現(xiàn)屏過第29排第28根（內(nèi)圈第1根）出口段T91爆管，爆口距頂棚3米處。爆口呈菱形，變形較大，明顯減薄。檢查發(fā)現(xiàn)爆口上方存在嚴(yán)重鼓包；爆口下方也輕微地鼓包，爆口如圖：,2 事件經(jīng)過,,第一次爆管后，對發(fā)生爆管和

6、吹損的換熱管進(jìn)行了處理。檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)生爆管的管屏小集箱內(nèi)第28根換熱管管口存在一個(gè)直徑約15mm的金屬異物，原因比較清楚。通過對異物進(jìn)行成分分析，材質(zhì)為15CrMo，該材質(zhì)來源并非屏過系統(tǒng)，最有可能的是一級減溫器和低溫過熱器系統(tǒng)。第二次的檢查情況：1）打開全部30排入口集箱手孔、兩只匯集集箱放空氣管，用內(nèi)窺鏡進(jìn)行內(nèi)部檢查，未發(fā)現(xiàn)異物，集箱內(nèi)壁氧化皮生成量較大，局部鼓起。2）外觀檢查整個(gè)屏過的外部超溫情況，發(fā)現(xiàn)左數(shù)第24排最外圈管不銹

7、鋼管段外壁發(fā)黑，對該管進(jìn)行割除，用內(nèi)窺鏡逐段檢查，無外來異物，發(fā)現(xiàn)該管管壁氧化皮脫落嚴(yán)重，并在底部彎頭處有少量堆積情況，如下圖。,3 爆管后的檢查情況,3 爆管后的檢查情況,,,第二次爆管后管子內(nèi)壁的氧化皮狀態(tài)：,5）對19排和24排管子焊口進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)異種鋼焊口內(nèi)部焊瘤，如圖。6）取樣化驗(yàn)19-1管TP347H管爆管處與開裂處組織嚴(yán)重老化，24-1管TP347H未見明顯老化現(xiàn)象； 19-1管爆口前（下行）T91管以發(fā)生完全相

8、變，內(nèi)壁氧化皮厚0.26mm；爆口后（上行）T91管嚴(yán)重老化，內(nèi)壁氧化皮厚0.21mm。,3 爆管后的檢查情況,,3）對30排全部屏底彎頭進(jìn)行磁通量氧化皮檢查，無明顯氧化皮堆積；4）對30排管屏進(jìn)行管子漲粗檢查，外徑均在38.5mm范圍以內(nèi)，無明顯漲粗。,第三次爆管檢查情況1）第3次爆管29-28管爆口與上部及下部的鼓包處都存在明顯漲粗，其中嚴(yán)重鼓包處直徑漲粗至42.2mm，輕微鼓包處直徑40.3mm，其余區(qū)域存在一定程度地漲粗。

9、爆管處及鼓包處T91都已嚴(yán)重老化。外觀未異常的第3屏第1根管下彎頭處TP347H已發(fā)生中度老化；其余頂棚下部T91直管組織未老化。2）屏過出口段T91管內(nèi)壁氧化皮厚度見表二?？梢姵驯芡馄渌吝^出口T91管內(nèi)壁氧化皮都未超過100μm。,3 爆管后的檢查情況,3 爆管后的檢查情況,,注：(1)出口段頂棚下5.5米；(2)出口段頂棚下13米；(3)出口段頂棚下3米。,,屏過換熱管樣品內(nèi)壁氧化皮測厚（出口T91管）：,3）用內(nèi)窺鏡檢查已

10、爆換熱管未發(fā)現(xiàn)異物，管底部以上4～5米范圍內(nèi)氧化皮脫落80%以上，與其相鄰的29-27管內(nèi)壁也存在氧化皮脫落現(xiàn)象，如圖：4）30個(gè)入口小集箱采用內(nèi)窺鏡檢查未發(fā)現(xiàn)異物；屏過出口T91管檢測不存在明顯脹粗；屏過入口A側(cè)一級減溫器用內(nèi)窺鏡檢查正常（對應(yīng)屏過B側(cè)匯集集箱）；屏過B側(cè)匯集集箱用內(nèi)窺鏡檢查正常。,3 爆管后的檢查情況,,3 爆管后的檢查情況,,5）磁通量檢查屏過底部氧化皮堆積情況以及異種鋼焊口射線檢查情況如下表。,,6）本次對其它

11、部位管子取樣5根，送方天公司檢查，內(nèi)壁存在明顯地結(jié)垢，存在不太嚴(yán)重地腐蝕痕跡。沒有氧化皮脫落疤痕，無殘留氧化皮痕跡，無氧化皮開裂、起皮的痕跡。,3 爆管后的檢查情況,4.1鍋爐運(yùn)行控制從鍋爐運(yùn)行參數(shù)分析，屏過出口汽溫一般控制在510℃左右，個(gè)別時(shí)段負(fù)荷波動(dòng)時(shí)屏過出口汽溫在530℃以上，極個(gè)別時(shí)候甚至達(dá)到540℃以上。在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)屏過汽溫也在510℃左右。4.2鍋爐啟停參數(shù)控制從二號爐幾次爆管的停爐與啟動(dòng)參數(shù)控制分析，存在以下問

12、題，容易引起受熱面內(nèi)壁氧化皮大面積脫落的問題：1）通風(fēng)冷卻時(shí)間長。7月22日第1次爆管后停爐，熄火后吹掃30分鐘才停機(jī)，（一般吹掃5~10分鐘）。2）熄火后燜爐時(shí)間較短，為3小時(shí)35分。,4 鍋爐運(yùn)行控制情況,3）停爐時(shí)屏過進(jìn)出口汽溫都存在較大幅度地瞬時(shí)波動(dòng)，大的溫度波動(dòng)幅度稍高于30℃，超過40℃的很少，但明顯是瞬間波動(dòng)，個(gè)別升溫速率達(dá)到21.8℃/min，如圖九：,4 鍋爐運(yùn)行控制情況,,4）停爐后存在一級減溫器出口汽溫明顯

13、突升，存在減溫水完全關(guān)閉后汽溫大幅度回升現(xiàn)象。二級減溫器A側(cè)出口汽溫也存在回升現(xiàn)象。如圖。停爐時(shí)，主、再熱器減溫水手動(dòng)門都是在鍋爐MFT后關(guān)閉，這與MFT后一級減溫器后汽溫較大幅度地回升是關(guān)聯(lián)的。,4 鍋爐運(yùn)行控制情況,,5）鍋爐啟動(dòng)時(shí)，在機(jī)組沖轉(zhuǎn)前減溫水調(diào)門已開啟，減溫器出口溫度反應(yīng)有時(shí)明顯，有時(shí)不明顯（如圖。此時(shí)蒸汽流量低，投減溫水很容易引起汽溫和受熱面壁溫波動(dòng)。,4 鍋爐運(yùn)行控制情況,,并網(wǎng)后旁路快速關(guān)閉,6）鍋爐啟動(dòng)時(shí)，一級

14、減溫器與二級減溫器出口汽溫都存在較大幅度地波動(dòng)，波動(dòng)幅度均在30~40℃，從幾次啟動(dòng)參數(shù)變化曲線分析，二減出口汽溫波動(dòng)幅度大于一減出口汽溫。7）機(jī)組啟動(dòng)后，很快地關(guān)閉旁路，引起負(fù)荷較大幅度地波動(dòng)（見上頁圖九）。一般應(yīng)該與機(jī)組升負(fù)荷配合，緩慢關(guān)閉，使得機(jī)組負(fù)荷平穩(wěn)增長。從以上運(yùn)行控制過程來看，有可能造成管子內(nèi)壁氧化皮的脫落。,4 鍋爐運(yùn)行控制情況,1）內(nèi)圈第一個(gè)管口存在的異物，是造成第一次爆管的直接原因，異物來源可能是屏過以前的一

15、級減溫器、低溫過熱器等。2）從第2次、第3次爆管分析，都屬于短期過熱爆管，過熱的的原因是管子內(nèi)部工質(zhì)流量降低。工質(zhì)流量的降低的原因可能是換熱管發(fā)生堵塞，可能是工質(zhì)流量分配不均。引起堵塞的原因可能有內(nèi)壁氧化皮大面積脫落堵塞，節(jié)流孔異物堵塞，從機(jī)組啟停過程的運(yùn)行控制來看，具備氧化皮脫落的條件，而且管子內(nèi)部內(nèi)窺鏡檢查有氧化皮脫落的痕跡，由于屏過管子內(nèi)徑較?。?2mm），少量的氧化皮脫落即可造成通經(jīng)大幅度減小，而且通經(jīng)降低進(jìn)一步影響流量降低，

16、使脫落的氧化皮更加難以帶走，進(jìn)而加劇堆積。,5 原因分析,3）壁溫檢測為了監(jiān)視機(jī)組啟動(dòng)過程管壁溫度的變化，第三次檢修過程中在屏過出口管增加了30只溫度測點(diǎn)，最后一次啟動(dòng)過程中發(fā)現(xiàn)在一臺磨煤機(jī)和兩臺磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，各個(gè)管壁溫度非常不穩(wěn)定，尤其是最外圈管，個(gè)別管管壁溫度在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到了585℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它管壁溫度，并有進(jìn)一步升高的趨勢，在這種情況下，運(yùn)行人員通過調(diào)整得到緩解。發(fā)生這種現(xiàn)象與個(gè)別管子內(nèi)氧化皮的脫落堆積有關(guān)，一般情況下T9

17、1氧化皮是不容易脫落的，但是在鍋爐停運(yùn)過程吹掃冷卻時(shí)間過長和啟動(dòng)過程減溫水投入過早和流量過大，造成壁溫大幅度波動(dòng)等情況下，養(yǎng)化皮會(huì)發(fā)生開裂，在條件具備時(shí)發(fā)生脫落。,5 原因分析,另外一個(gè)原因，出現(xiàn)嚴(yán)重的壁溫偏差可能與低負(fù)荷時(shí)工質(zhì)流量低，在每根管子內(nèi)的分布不穩(wěn)定有關(guān)系。第二、第三次爆管由于爆管管未安裝溫度測點(diǎn)，可能在啟動(dòng)過程中發(fā)生與最后一次啟動(dòng)相似的情況，管壁溫度在沒有檢測手段的情況下迅速升高，發(fā)生爆管。,5 原因分析,4）異種鋼接

18、頭焊瘤#2爐屏過下彎頭區(qū)T91與TP347H的異種鋼接頭焊縫存在較嚴(yán)重地焊瘤。第2次爆管時(shí)，爆破與超溫管的異種鋼接頭存在較嚴(yán)重的焊瘤，其中一只接頭焊瘤高度在2~3mm；抽查98只接頭存在35只有較嚴(yán)重焊瘤，其中13只有嚴(yán)重焊瘤，存在嚴(yán)重焊瘤的比例很高。焊瘤的存在對換熱管的冷卻相當(dāng)不利，一是形成局部節(jié)流，增加局部流動(dòng)阻力，如焊瘤高2.5mm，局部流通面積減少40%，會(huì)使流經(jīng)該管的冷卻蒸汽流量降低，出口汽溫與換熱管壁溫升高。,5 原因

19、分析,1）第一次爆管的原因是由于節(jié)流孔異物所致。2）鍋爐廠原有溫度測點(diǎn)安裝不合理，數(shù)量過少，不能監(jiān)視工況最惡劣管子的壁溫情況。3）第二、三次爆管原因是由于在機(jī)組啟動(dòng)過程種發(fā)生流量分配不均，進(jìn)而造成低流量管管壁超溫爆管，從最后一次啟動(dòng)過程來看，這種流量不均通過運(yùn)行及時(shí)發(fā)現(xiàn)和調(diào)整是可以消除的。,6 結(jié)論,為了避免過熱、再熱蒸汽系統(tǒng)發(fā)生爆管，應(yīng)從設(shè)備和運(yùn)行兩方面進(jìn)行預(yù)防和控制：1）定期徹底清理系統(tǒng)能可能存在的異物。7月22日發(fā)生的屏過

20、爆管，即為節(jié)流孔堵塞異物所致，雖然在機(jī)組投產(chǎn)后進(jìn)行過徹底的異物清理，但是在運(yùn)行過程中其它設(shè)備中的焊渣、焊瘤仍然有可能進(jìn)入系統(tǒng)，尤其是屏過，屏過入口集箱節(jié)流孔孔徑較小，極易發(fā)生堵塞，所以定期清理十分必要。2）增加屏過壁溫測點(diǎn)。通過幾次觀察，和歷次爆管分析，屏過管排最外圈管與最內(nèi)圈管爆管的可能性較大，主要原因是最外圈管受熱輻射最大，最內(nèi)圈管由于節(jié)流孔孔徑最小，而且處于集箱端部，最容易發(fā)生異物堵塞，所以，應(yīng)在每排最外圈和最內(nèi)圈增加壁溫測點(diǎn)。

21、,7 預(yù)防措施,3）增加測點(diǎn)后，在啟動(dòng)過程中進(jìn)行監(jiān)視壁溫變化，在異常情況下通過迅速調(diào)整，可有效防止以下兩種危害工況的發(fā)生：低負(fù)荷工況下各管排工質(zhì)流量分配偏差，或氧化皮脫落堵塞。由于升負(fù)荷速率過快，造成管排整體壁溫升高。4）嚴(yán)格控制升溫升壓過程按鍋爐升溫升壓要求控制燃燒率，每次增加燃燒率幅度：負(fù)荷風(fēng)開度不大于5%，磨煤機(jī)入口風(fēng)量不大于5 噸，給煤機(jī)煤量不大于5 噸，增加燃燒率頻次，每調(diào)整一次，要等待5 分鐘，才能進(jìn)行下一次調(diào)整。

22、,7 預(yù)防措施,鍋爐點(diǎn)火后開啟高壓旁路開度至少到15%（關(guān)注高旁減溫水調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏情況，否則關(guān)閉減溫水截止閥），低壓旁路開啟100%，以建立較大蒸汽流量。鍋爐升溫、升壓期間，分離器蒸汽溫度溫升速率應(yīng)≤1.5℃/min，各金屬壁溫升溫率≤1.5 ℃/min，主蒸汽升壓速率≤0.05MPa/min。在升溫升壓過程中不允許投入減溫水運(yùn)行，當(dāng)主/再汽溫溫升≥1.5℃/min、受熱面壁溫溫升≥2℃/min 時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低燃燒率、或開大高壓旁路

23、來控制溫升速率。密切監(jiān)視屏過的壁溫測點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整煤水比。當(dāng)主汽壓力升至7.0MPa、高旁開度大于40%以上時(shí)，利用旁路對受熱面進(jìn)行大流量沖洗3～5 次。,7 預(yù)防措施,5）鍋爐啟動(dòng)過程中大流量沖洗 主汽沖洗方法每次將高旁開度開大，放置在100%位置，將高旁迅速關(guān)至15%，當(dāng)末級過熱器或高溫再熱器壁溫有上升趨勢，再迅速開啟高壓旁路至100%，進(jìn)行大流量沖洗20 分鐘。再熱器沖洗方法：維持高旁60～80%開度，逐漸關(guān)小低壓旁路至再

24、熱汽壓力1.0～1.2MPa，然后迅速開啟低旁至100%，反復(fù)沖洗3～5 次。 維持低壓旁路全開長時(shí)間沖洗20 分鐘，直至凝結(jié)水水質(zhì)化驗(yàn)合格或鍋爐各級受熱面金屬壁溫?zé)o偏差。,7 預(yù)防措施,6）機(jī)組沖動(dòng)并網(wǎng)后的控制在機(jī)組并往后注意監(jiān)視屏過出口汽溫不大于490℃，調(diào)整升降負(fù)荷速率（不大于6MW/min） 和負(fù)荷變化量控制鍋爐金屬壁溫度變化速率不大于2℃/min。機(jī)組并網(wǎng)、切缸后，可開啟減溫水手動(dòng)閥，減溫水使用方式：每次開啟開度變化幅度

25、不大于5%，保證減溫器后溫度高于主汽壓力對應(yīng)下的飽和溫度50℃，每調(diào)整一次，要等待5 分鐘后，才能進(jìn)行下一次調(diào)整（汽溫調(diào)整要看趨勢圖調(diào)整，切忌大開大關(guān)減溫水，防止汽溫、金屬壁溫劇烈波動(dòng)，造成氧化皮脫落）。,7 預(yù)防措施,啟動(dòng)第二臺磨煤機(jī)加負(fù)荷，目標(biāo)負(fù)荷，保持三臺或四臺磨煤機(jī)運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷500MW， 主汽溫穩(wěn)定在515～525 ℃、再熱汽溫穩(wěn)定在535—545℃，穩(wěn)定4 小時(shí)。在啟動(dòng)第二或第三臺磨煤機(jī)料位正常出粉時(shí)，盡量減少運(yùn)行磨煤

26、機(jī)給煤量，使機(jī)組負(fù)荷以穩(wěn)定速率上升，避免啟動(dòng)磨煤機(jī)過程中，由于燃燒不穩(wěn)定導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)過大，而導(dǎo)致主、再熱汽溫出現(xiàn)大幅擾動(dòng)。,7 預(yù)防措施,在機(jī)組升負(fù)荷過程中，鍋爐直流工況后，機(jī)組主汽溫控制以控制煤水比為主，減溫水為輔，嚴(yán)格控制鍋爐溫升率≤2℃，盡可能控制中間點(diǎn)溫度低工況運(yùn)行，保持5—10℃過熱度，盡量少使用減溫水。再熱器溫度以煙氣調(diào)節(jié)擋板及風(fēng)量調(diào)整為主，盡可能不投減溫水。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷500MW 穩(wěn)定期間，對鍋爐進(jìn)行全爐膛吹灰一次。

27、當(dāng)機(jī)組保持主汽溫在520～530℃、再熱汽溫在540～550 ℃穩(wěn)定運(yùn)行24 小時(shí)后，緩慢提升主再汽溫至額定參數(shù)運(yùn)行。,7 預(yù)防措施,7）檢修中對高溫受熱面（包括屏過）氧化皮厚度和材質(zhì)老化情況結(jié)合狀態(tài)進(jìn)行全面檢查，了解鍋爐高溫受熱面氧化皮生成狀況和材質(zhì)老化情況，以便及時(shí)處理。8）嚴(yán)格檢修工藝，在檢修過程中割管必須采用砂輪切割機(jī)進(jìn)行，嚴(yán)禁火焰切割，割開后管口必須做好可靠封堵，在制作破口過程中應(yīng)做好防止刨花落入管口的措施，必要時(shí)在焊管