金湾发电公司#3、#4号炉炉管技术改造总结

摘要：金湾发电有限公司#3、#4号炉为1913t/h超临界一次中间再热直流循环锅炉，是上海锅炉厂有限公司生产的第一批的600MW超临界直流锅炉。原设计计算对管材抗蒸汽氧化温度校核无标准可循，又无使用经验积累，导致部分受热面选材偏低，长期处于超温运行状态。文章对金湾发电公司#3、#4号炉炉管技术改造进行了总结。

关键词：超临界直流锅炉；发电厂；爆管；炉管技术改造；受热面 文献标识码：A

中图分类号：TE624 文章编号：1009-2374（2015）14-0042-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.020

1 改造背景

原设计计算对管材抗蒸汽氧化温度校核无标准可循，又无使用经验积累，导致部分受热面选材偏低，长期处于超温运行状态，同批次锅炉投运后因氧化皮生成过快而引发的运行问题普遍存在。

与金湾公司同期生产的江苏某电厂在2006年10月12日至11月22日42天内接连发生7次末级过热器爆管，被迫于2007年进行了受热面改造。同类型的福建某电厂、江苏某电厂也因氧化皮爆管频发进行了同样改造或部分管材更换。2009年金湾公司#4锅炉先后2次发生末级过热器因氧化皮发生脱落堵管导致的超温泄漏，已经严重影响机组安全、稳定运行。

为此，2009年9月运行部召开了分析会，要求严格控制#3、#4号炉末级过热器和高温再热器金属温度不超过590℃，并对启停机时金属温升率和温降率都作了严格要求，但每次机组检修清理氧化皮时，仍然有较多的氧化皮产生。

2009年4月#3炉小修，一共拍片了1184张片（包括末过和末再），按照弯头堆积氧化皮厚度超过管径一半的即处理的原则，共有213根管的氧化皮超标，其中T23有133根、T91有49根、TP347有31根。

2009年7月10日#4炉末级过热器左侧数第18屏前数第12条管爆管，一共拍片了124张片，按照超过一半的即处理的原则，共有37根管的氧化皮超标，其中T23有31根、T91有6根。

2009年9月30日#3炉末级再热器左侧数第4屏前数第7条管针孔泄漏，一共拍片了161张片，按照超过一半的即处理的原则，共有81根管的氧化皮超标，全部为T23。

2009年11月22日#3炉临修，一共拍片了185张片，按照超过一半的即处理的原则，共有61根管的氧化皮超标，全部为T23。

2009年11月23日#4炉临修，一共拍片了185张片，按照超过一半的即处理的原则，共有22根管的氧化皮超标，全部为T23。

2009年12月14日#4炉末级过热器左侧数第14屏前数第12条管爆管，一共拍片了384张片，按照超过一半的即处理的原则，共有71根管的氧化皮超标，其中T23有45根、T91有26根。

2010年3月2日#4炉末级过热器左侧数第20屏前数第8条管爆管，一共拍片了112张片，按照超过一半的即处理的原则，共有2根管的氧化皮超标，全部为T23。

#3、#4锅炉取样试验结果表明末过高温段SA213 T23、SA213 T91管材组织老化与性能劣化趋势加快，氧化皮增厚明显，频繁发生脱落，管壁金属等效运行温度严重超标；末再SA213 T23、SA213 T91管材组织与性能虽然满足相关标准要求，氧化皮厚度较薄、状态总体仍良好，且到目前为止没有因氧化皮原因导致泄漏，但也存在氧化皮脱落现象。

2 爆管原因分析

我厂#3、#4锅炉末级过热器和末级再热器出口金属壁温最高可达到610℃，入口壁温约为510℃，按锅炉制造厂提供的壁温测点测量偏差30℃计算，实际壁温值出口段最高可达640℃。按照简单线性温升计算，T23管段的实际壁温值最高可达618.19℃，已经远远超过了T23材质的许用温度上限，生成氧化皮难以避免。爆管的根本原因是末过高温段使用抗氧化性能低的T23、T91材料，T23、T91材料在此处已运行在高限高温或已超过材料的使用温度，部分处于高温区域的T23、T91材料已生成厚度约0.9mm的氧化皮，故我厂末过高温段使用T23非常危险，一旦氧化皮脱落将很难吹出。T23温度超限后加速了氧化皮的生成，氧化皮长到一定厚度，氧化皮的脱落，也进一步减少了流通面积，形成恶性循环。最终造成超温爆管。

虽然通过采取锅炉长期降温等运行措施，但仍然难以保证锅炉的末级过热器高温段和末级再热器受热面管材安全运行，所以进行改造已十分必要。

3 改造实施原则和实施范围

图1 末级过热器管屏

材料分布 图2 末级再热器管屏

材料分布

末级过热器布置于水平烟道，与烟气成逆流布置，共82片，沿炉膛宽度均布。每片受热面有12根管子组成，总计有984根管子。管子规格为Φ38.1×5.59-9.03mm，材料为SA213-T23、T91、TP347H。其中末过高温段外三圈下弯头及末过出口垂直段均为SA213-TP347H，下弯头#4、5、6及高温段垂直外6根管为SA213-T91，下弯头内六圈管及垂直内6根管为SA213-T23。

末级再热器布置于炉膛鼻子上方，与烟气成顺流布置，共33片，沿炉膛宽度均布。每片受热面有18根管子组成，总计有594根管子。管子规格为Φ63.5×3.75-4.23mm，材料为SA213-T23、T91，TP347H。其中末再外六圈下弯头、末再外三圈进口垂直段及末再外六圈出口垂直段均为SA213-TP347H，末再出口垂直段#7-18根管为SA213-T91，其他管为SA213-T23。

根据对已投运锅炉暴露问题的总结，考虑到管材实际可使用的抗氧化温度与理论数据的差异，上锅厂已形成了改造设计原则：T23管材的安全使用管壁温度570℃，蒸汽温度530℃；T91管材的安全使用管壁温度595℃，蒸汽温度570℃；超临界锅炉管壁温度设计裕度10℃～15℃。

根据其他电厂的建议和我公司对SA 213-T23材料的进一步认识，结合我公司现场实际，综合考虑现场工程实施难度、改造时停机成本、改造质量控制等方面因素，兼顾利于以后检修，我厂对末级过热器和末级再热器的改造具体内容如下。

末级过热器分为热段和冷段，末级过热器的冷段所处的运行环境相对较好，通过的介质温度低，所处的烟气温度低，而末级过热器的热段则通过的介质温度高，同时还处于烟气温度相对较高的区域，因此其运行环境较差。末级过热器的改造针对末级过热器的热段提出，末级过热器具体改造内容为：末级过热器热段原使用SA213 T23材料全部改为SA213 T91材料，原使用SA213 T91材料通过计算壁温超过595℃全部使用SA213 TP347HFG。

末级再热器为单级顺流布置，所处的位置在炉膛的出口折焰角的上方，烟气温度相对较高。末级再热器改造方案为整个末级再热器受热面，基于目前末再管壁温度不高，T23、T91、TP347H管材组织与性能满足相关标准要求，氧化皮厚度较薄、状态总体仍良好，且到目前为止没有因氧化皮原因导致泄漏，暂时不对末再进行整体换管改造，根据末再炉内温度分布，只改造驼峰区域的管屏。高温再热器具体改造内容为：暂时不对末再进行整体换管改造，根据末再炉内温度分布，只改造驼峰区域的管屏（左侧温度高温区左数1～6屏）。考虑现场安装便利，提供整屏出厂的方案。末级再热器原使用SA213 T23材料全部改为SA213 T91材料，原使用SA213 T91部分通过计算壁温超过595℃全部使用SA213 TP347HFG。

4 改造效果

#3、#4机组分别于2010年、2011年机组检修时改造完毕。改造后，氧化皮的生产量大为减少，即使生产的少量氧化皮也可以通过蒸汽吹管将其吹出，至今还没有发生因氧化皮脱落堵塞而导致爆管。2012年9月运行部再次召开了分析会，#3、#4号炉末级过热器和高温再热器金属温度上限由590℃提高至610℃，使机组的主、再热蒸汽温度都达到了设计值。

参考文献

[1] 旷开淼.20110415#3炉水冷壁爆管及抢修报告[R].2011.

[2] 吕新乐.#4锅炉末过爆管[S].2009.

作者简介：宋振兴（1985-），男，湖北孝感人，湖北工业大学在职研究生，集控运行高级工，集控运行助理工程师。

（责任编辑：陈 倩）