常熟--屏式過(guò)熱器發(fā)生超溫爆管的原因分析和預(yù)防

1、屏式過(guò)熱器發(fā)生超溫爆管的原因分析和預(yù)防,華潤(rùn)電力（常熟）有限公司二零一一年十一月,摘要：本文通過(guò)對(duì)我公司屏式過(guò)熱器三次爆管的分析，提出了了預(yù)防 屏式過(guò)熱器爆管的技術(shù)措施。關(guān)鍵詞：屏式過(guò)熱器 超溫 爆管 預(yù)防,我公司鍋爐屏式過(guò)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(hào)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(tái)超臨界鍋爐。以

2、下是鍋爐整體布置圖.doc。 屏式過(guò)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(guò)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(guò)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(hào)鍋爐屏式過(guò)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(zhǎng)期超溫爆管，如圖四，爆管吹損與其相鄰另外兩根管子，打開(kāi)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(guò),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(guò)第19屏，第1根（編號(hào)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(kāi)裂。爆口呈菱形，變形較大。 第二次爆管檢查發(fā)現(xiàn)屏過(guò)24屏第1根（編號(hào)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(guò),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(guò)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(guò),,第一次爆管后，對(duì)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(guò)對(duì)異物進(jìn)行成分分析，材質(zhì)為15CrMo，該材質(zhì)來(lái)源并非屏過(guò)系統(tǒng)，最有可能的是一級(jí)減溫器和低溫過(guò)熱器系統(tǒng)。第二次的檢查情況：1）打開(kāi)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(guò)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(duì)該管進(jìn)行割除，用內(nèi)窺鏡逐段檢查，無(wú)外來(lái)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(duì)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(kāi)裂處組織嚴(yán)重老化，24-1管TP347H未見(jiàn)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(duì)30排全部屏底彎頭進(jìn)行磁通量氧化皮檢查，無(wú)明顯氧化皮堆積；4）對(duì)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(wú)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(guò)出口段T91管內(nèi)壁氧化皮厚度見(jiàn)表二?？梢?jiàn)除已爆管外其它屏過(guò)出口T91管內(nèi)壁氧化皮都未超過(guò)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(guò)換熱管樣品內(nèi)壁氧化皮測(cè)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(guò)出口T91管檢測(cè)不存在明顯脹粗；屏過(guò)入口A側(cè)一級(jí)減溫器用內(nèi)窺鏡檢查正常（對(duì)應(yīng)屏過(guò)B側(cè)匯集集箱）；屏過(guò)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(guò)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(duì)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(méi)有氧化皮脫落疤痕，無(wú)殘留氧化皮痕跡，無(wú)氧化皮開(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)汽溫也在510℃左右。4.2鍋爐啟停參數(shù)控制從二號(hào)爐幾次爆管的停爐與啟動(dòng)參數(shù)控制分析，存在以下問(wèn)

12、題，容易引起受熱面內(nèi)壁氧化皮大面積脫落的問(wèn)題：1）通風(fēng)冷卻時(shí)間長(zhǎng)。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(guò)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(guò)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(jí)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(jí)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(jí)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(kāi)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(jí)

14、減溫器與二級(jí)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(jiàn)上頁(yè)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(zhǎng)。從以上運(yùn)行控制過(guò)程來(lái)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(lái)源可能是屏過(guò)以前的一

15、級(jí)減溫器、低溫過(guò)熱器等。2）從第2次、第3次爆管分析，都屬于短期過(guò)熱爆管，過(guò)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(guò)程的運(yùn)行控制來(lái)看，具備氧化皮脫落的條件，而且管子內(nèi)部?jī)?nèi)窺鏡檢查有氧化皮脫落的痕跡，由于屏過(guò)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(cè)為了監(jiān)視機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程管壁溫度的變化，第三次檢修過(guò)程中在屏過(guò)出口管增加了30只溫度測(cè)點(diǎn)，最后一次啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在一臺(tái)磨煤機(jī)和兩臺(tái)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(guò)其它管壁溫度，并有進(jìn)一步升高的趨勢(shì)，在這種情況下，運(yùn)行人員通過(guò)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(guò)程吹掃冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和啟動(dòng)過(guò)程減溫水投入過(guò)早和流量過(guò)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(kāi)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(cè)點(diǎn)，可能在啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)生與最后一次啟動(dòng)相似的情況，管壁溫度在沒(méi)有檢測(cè)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(guò)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(duì)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(cè)點(diǎn)安裝不合理，數(shù)量過(guò)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(guò)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(guò)程來(lái)看，這種流量不均通過(guò)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(guò)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(guò)

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(guò)徹底的異物清理，但是在運(yùn)行過(guò)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(guò)，屏過(guò)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(guò)壁溫測(cè)點(diǎn)。通過(guò)幾次觀察，和歷次爆管分析，屏過(guò)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(cè)點(diǎn)。

21、,7 預(yù)防措施,3）增加測(cè)點(diǎn)后，在啟動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)視壁溫變化，在異常情況下通過(guò)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(guò)快，造成管排整體壁溫升高。4）嚴(yán)格控制升溫升壓過(guò)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(kāi)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(kāi)啟高壓旁路開(kāi)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(kāi)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(guò)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(kāi)大高壓旁路

23、來(lái)控制溫升速率。密切監(jiān)視屏過(guò)的壁溫測(cè)點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整煤水比。當(dāng)主汽壓力升至7.0MPa、高旁開(kāi)度大于40%以上時(shí)，利用旁路對(duì)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(guò)程中大流量沖洗 主汽沖洗方法每次將高旁開(kāi)度開(kāi)大，放置在100%位置，將高旁迅速關(guān)至15%，當(dāng)末級(jí)過(guò)熱器或高溫再熱器壁溫有上升趨勢(shì)，再迅速開(kāi)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(kāi)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(kāi)啟低旁至100%，反復(fù)沖洗3～5 次。 維持低壓旁路全開(kāi)長(zhǎng)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(jí)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(guò)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(kāi)啟減溫水手動(dòng)閥，減溫水使用方式：每次開(kāi)啟開(kāi)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(duì)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(shì)圖調(diào)整，切忌大開(kāi)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(tái)磨煤機(jī)加負(fù)荷，目標(biāo)負(fù)荷，保持三臺(tái)或四臺(tái)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(tái)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(guò)程中，由于燃燒不穩(wěn)定導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)過(guò)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(guò)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(guò)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(duì)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(duì)高溫受熱面（包括屏過(guò)）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(guò)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(kāi)后管口必須做好可靠封堵，在制作破口過(guò)程中應(yīng)做好防止刨花落入管口的措施，必要時(shí)在焊管