电站锅炉受热面爆管原因分析及防范对策

2015-11-12张昕

科技传播 2015年18期

关键词：爆口集箱水冷壁

张昕

湖南火电建设有限公司，湖南长沙 410000

电站锅炉受热面爆管原因分析及防范对策

张昕

湖南火电建设有限公司，湖南长沙 410000

大型锅炉机组受热面在新机调试阶段爆管的原因很多，大体可以分为两大类：1）安装因素引起的爆管。包括施工单位安装、机组调试原因等。2）非安装因素引起的爆管。包括锅炉制造厂家原因（如设计、制造、包装、运输等原因）、电厂在机组生产运行过程中产生的原因。针对湖南宝庆电厂一期2×660MW机组#2锅炉在试运过程中出现的前包墙爆管、水冷壁爆管现象，分析并总结锅炉受热面爆管的主要原因。从机组的设计、安装以及调试等方面提出相应的对策。

受热面超温；异物堵塞；爆管；防范对策

爆管是在锅炉承受压力的条件下导致省煤器、水冷壁、过热器以及再热器等受热面管子发生破损。归其主要原因，有以下几点。1）汽温和汽压超临界值或热偏差增大，增加了管子的蠕胀速度。2）负荷变动率过于频繁，从而水循环变慢或停滞，使管子出现疲劳破损。3）火焰偏位、管尾再燃以及局部结渣等运行程序不发致管子局部过热。4）气流在燃烧器的出口发生偏斜，致使出现“贴壁”、“飞边”等现象，使水冷管磨损。5）水质不合格致使管内积盐和管壁腐蚀，管壁过热时发生爆管。6）操作程序不当致使管子的冷却或加热不均匀，管子易发生爆管。7）管材质量不合格、管腔堵塞或错用管子钢号等制造及检修质量不良原因造成爆管。

1 爆管情况概述

国电宝庆电厂一期2×660MW机组工程锅炉为东方锅炉（集团）股份有限公司设计的660MW超超临界参数变压本生直流锅炉，单炉膛、一次再热、通过烟气挡板调节再热汽温，全钢结构、固态排渣、悬吊构架，对冲燃烧，露天设计。锅炉机组型号为：DG2070/25.4-II9。

1.1前包墙爆管情况

2012年4月7日国电湖南宝庆煤电有限公司#2机组前包墙左数第37根承重管（标高66.7m）发生爆管，管子规格为Φ45×12.5mm，材质为15CrMoG。管子爆口处断裂，爆口呈明显的喇叭状，表面有较严重的氧化现象。经测量，爆口尺寸约为161×160mm，爆口上下两端各约2000mm内有胀粗，其中爆口两端各约500mm范围内胀粗明显，管子最大胀粗为Φ61mm，胀粗率达35.6％。

如图1所示，爆口处已经断开，呈脆性断口，爆口断面粗糙，尺寸约为 161×160mm，管壁明显减薄，最小壁厚约为3.25mm，减薄率达74％，对内壁检查未发现缺陷；内窥检查前包墙进、出口联箱（共8个）存在有氧化皮的现象；并对爆管管子做了通球试验，球顺利通过；对前包同列前一根（φ38.1×9，15CrMo）拉稀管及低再垂直管屏左起第34、35二片（第34片前起第2～10根、第35片前起第1～8根）共17根做换管处理。

1.2水冷壁爆管情况

对前包墙做换管处理后，机组于2012年4月14日进行重新启动，在机组启动运行后不久，左侧垂直水冷壁炉前数第 82 根管发生爆管泄漏，爆口呈喇叭状，爆口位置距垂直水冷壁进口联箱约2000mm，管子规格为Φ31.8×9mm，材质为15CrMoG。该管子有明显过热氧化现象；爆管炉前侧相邻3根管子吹损严重，无过热现象；炉后侧管子无明显吹损。

现场对失效管及炉后侧相邻第1根管各取400mm长送样进行分析，炉后侧相邻第1根管为对比试样管。

如图2所示，失效管爆口尺寸约为47×18mm，管壁明显减薄，爆口呈裂纹状，最小壁厚约为4.6mm，减薄率为49％；距爆口约200mm处管子内/外径分别为16.28/33.64mm，胀粗率为5.8％；爆口处及近爆口处金相组织发生相变，且内壁氧化皮厚度约0.2mm；对比试样管无胀粗现象，内壁未发现缺陷。割管后对爆管处水冷壁管做通球试验，球顺利通过；检查左侧垂直水冷壁进口集箱、屏过进口集箱，未发现异物，有氧化皮；检查螺旋水冷壁出口混合集箱，发现疏水管弯头处氧化皮堆积严重，堆积长度约300mm。

2 爆管原因分析

该机组发生的两次爆管的共同特性可总结为：均为启动机组运行不久后即发生；管子在超温负荷条件下均存在胀粗表观；仔细检查发现附近的管子均存在明显被冲刷的痕迹。故两次爆管均应为典型的超温负荷条件下导致的过热爆管。根据爆管的形貌进行分析，爆管的可能原因为：燃烧时温度负荷超临界值；管道母材质量不合格；管子在制造时本身存在裂纹等缺陷；局部异物堵塞管道。

经过一系列的现场检查和对爆管口理化检查、爆管设备的割管检查分析，确认包墙过热器管子属超温蠕胀爆管，但苦于没有发现堵塞的物件。根据金属检测报告，前包墙距爆口约3000mm处管子金相组织、拉伸性能、元素含量均符合标准要求，可判定该管子材质正常；而爆口呈喇叭状，管壁减薄率达74％，管径胀粗率达35.6％，表面有较严重的氧化现象，金相组织发生相变，抗拉强度高于标准上限且断后延伸率低于标准下限，具有典型的短期超温特征。综上，前包墙第37根承重管应为典型的异物堵塞短期超温爆管。

水冷壁爆管后，经金属检测，水冷壁管对比试样管金相组织、拉伸性能、元素含量均符合标准要求，可判定该管子材质正常，无损检测发现水冷壁管有轻微裂纹。在螺旋水冷壁出口混合集箱疏水管弯头处存在面积较大的氧化膜，堵死疏水管90°弯头，异物弯曲半径较大，可判为集箱内壁氧化膜，异物情况见图3。

锅炉厂家集箱制造是在集箱上的管座和端盖焊后进行整体热处理的，其内壁在热处理过程中会整表面地形成致密的氧化铁膜，而这些比较厚且致密的氧化铁膜在酸洗时是难以清洗掉的。所以锅炉集箱内壁致密的氧化铁膜在试运时相对频繁的启停过程中就会较大块地（相对大参数机组锅炉管道的通径来讲）脱落，造成堵塞使管子因介质流量减少而超温蠕胀爆管或诱发管子其它的原因爆管。

经以上分析认为：这两次爆管的设备从结构上来看都有集箱无手孔、有联通管接入、出口的受热面管子通径小的特点：前包墙管为Ø45×12.5mm、水冷壁管为Ø31.8×9mm，通径分别为20mm和13.8mm。两处爆管又都有胀粗的迹象，从水冷壁混合集箱疏水管弯头收集的异物都是脱落块状致密的氧化铁膜来看，两处爆管应都是异物堵塞为主因的爆管。水冷壁管母材有裂纹也是一个主因，异物堵塞可能是加速其爆管的外因之一。

3 受热面爆管的防范对策

3.1应用于设计过程中的防范对策

1）选择氧化皮易于输送、传热偏差小的锅炉。设计锅炉时，应尽量减小各管屏蒸汽气流分配的偏差以及烟气侧的热偏差，缩小受热面的热偏差，从而保证管子受热均匀；尽量不使用节流孔圈，增大管子弯曲部位的半径，从而减小异物堵塞在管腔内的概率。

2）在金属温度过高区域加装工质温度监测点和壁温监测点，加强对这些区域温度的监测。

3）锅炉厂在设备出厂前对集箱、大口径连通管内部等容易堆积氧化皮的位置进行喷砂处理，或采用不易生成氧化铁膜的先进工艺。

3.2应用于安装过程中的防范对策

1）编制详细规范的作业指导说明书，重视并采取洁净化施工的技术措施，不仅安装前应有检查设备清洁的措施，安装过程中，也应有施工技术措施保证系统的洁净。

2）在组合安装前对受热面管子进行通球试验，试验所用球必须是严格管理和进行编号的硬质球，切勿将试验球遗忘在管内；通球试验后应采取有效的封闭措施，并做相应的登记记录；管口的封闭措施，应先用专用的塑料封口盖封住管口，再用专用的透明胶纸绕管口两圈，防止管子在对口之前掉入杂物。

3）现场组合焊接前，应对所有过热器、再热器、水冷壁及省煤器的进、出口集箱（包括混合集箱）等设备进行全面内部窥视（内窥镜）检查，必要时应割除封头进行检查，彻底清除内部杂物。超临界锅炉还应对启动分离器、储水罐内部进行内窥检查。

4）小口径管排管口焊缝返工时应使用砂轮切割机切，禁止使用气割；大口径厚壁管为防止溶渣落入管道内部，禁止直接用气割将管道割穿。

5）进行保温钩钉或吊点焊接、临时支撑切割时，应采取有效的措施避免伤及受热面管材；管道及相关设备安装过程中，应仔细检查其固定或支撑的方式，为防止出现受阻膨胀造成的爆管现象，支吊架的设置必须合理。

6）必须严格按照相关工艺要求对焊接及热处理工艺进行控制，严格按规程和作业指导书对无损检测及金相检验进行检测。施工过程中要克服随意性，不得擅自变更施工工艺或方案，如发现与规程或工艺标准不符，必须经过相应的审批程序。对锅炉制造厂的制造焊口进行抽检，发现不合格的焊口应及时返修，焊检人员和焊接班负责工程师负责焊口质量的检验和热处理的工艺（特别是易造成爆管的部位如异种钢焊接部位）。

7）炉本体设备以外的相应管道或其他设备系统的内部清洁工作需高度重视，质检人员和管道班负责工程师应监督执行分管道的清洁度工作，杜绝其它杂物进入再热管道、管道专业的给水管道等锅炉受热面。

8）在施工的过程中对安装的几何尺寸要严格按标准执行，严格保证管排间距（尤其注意尾部受热面的管排间距）、管排平整度等按标准要求执行，防止形成烟气走廊；低过、低再、省煤器等需安装的防磨片不得错装或遗漏，安装程序严格按照设计要求进行施工，以免出现管排磨损加速而造成受热面爆管。

3.3应用于调试过程中的防范对策

1）对机组的化学清洗工艺严格把关。机组的化学清洗前，要严格检测系统除盐水的质量，保证水质清洁、各设备以及汽水管道清洗干净；机组的化学清洗时，要全面清洗，扩大清洗范围；机组的化学清洗结束后，为确保机组内部彻底清洁，应对各除氧器、凝汽器等进行仔细的全面检查。

2）机组运行应控制在正常温度范围之内。若出现锅炉受热面超温问题时，可先经调整，如还不能降温，可尝试通过降负荷运行或降低锅炉汽温参数等方法解决；在机组启停时，升压、升温的速率应严格按标准执行；为防止人为操作不当或其他认为因素引起停机或机组参数剧烈波动，应提高机组的自动化调节；在机组低负荷以及高负荷运行时均应严格控制减温水量，为避免出现参数的剧烈变化和受热面超温过热氧化而导致氧化皮脱落进而堵塞管子的情况，应注重采用调温挡板或燃烧器摆动以及煤水比来控制蒸汽温度。

3）机组运行时出现事故导致停机，为维持各锅炉停机前的压力和温度，实现机组在热态或极热态下重新启动，应先进行闷炉，同时尽快查明导致停机事故的原因。机组在正常运行时应严格控制减温水的用量以及锅炉的汽温，避免金属温度差增大或温度变化率加快而导致氧化皮的剥离。

4）在机组启动前加装炉管泄漏监测装置，对炉管实施即时监测，由于超临界锅炉内部压力大，泄漏的高温高压汽和水对其流过的管道冲刷剧烈，如泄漏监测装置出现报警时，应立即对机组进行检查，如确认已出现泄漏，可通过停炉或组织协调降参数来解决，以防爆管。