670t/ h锅炉过热器频繁爆管原因分析及预防措施

王文涛，董　鹏，王涛英，郑全喜（.华电电力科学研究院内蒙古分院，内蒙古呼和浩特0000；.内蒙古华伊卓资热电有限公司，内蒙古乌兰察布0300）



670t/ h锅炉过热器频繁爆管原因分析及预防措施

王文涛1，董鹏1，王涛英1，郑全喜2
（1.华电电力科学研究院内蒙古分院，内蒙古呼和浩特010020；2.内蒙古华伊卓资热电有限公司，内蒙古乌兰察布012300）

摘要：某电厂1号锅炉运行期间40天内过热器连续发生五次爆漏事故。对爆破管段取样进行宏观形貌分析、化学成分分析、力学性能检测及显微组织分析等综合分析。结果表明，该锅炉过热器连续爆漏主要是由于过热器管超温过热引起的，即过热器局部管段存在异物堵塞情况，造成部分管段过热老化或瞬时超温超压引发的爆漏。通过针对性割管及内窥镜检查，发现过热器一级、二级减温器集箱内存在黑色块状异物及高温过热器内壁存在大量氧化皮，对上述缺陷进行了彻底消缺处理并提出了具有针对性的预防措施。

关键词：过热器；频繁爆漏；异物堵塞

0　引言

某电厂#1锅炉为无锡华光有限公司制造的型号为UG-670-13.7-M，超高压一次中间再热、自循环固态排渣煤粉炉。过热蒸汽设计压力为13.7MPa，设计温度为540℃，该机组至今已累计运行约5万h。

2015年7-8月运行期间，#1锅炉在40天内连续五次发生过热器爆漏事故，各次过热器爆漏的详细信息见表1。可以看出，5次过热器管爆漏中有3次为后屏过热器管爆漏，1次为前大屏过热器管爆漏，1次为高温过热器管爆漏。

表1　各次过热器爆管情况信息汇总

1　试验过程

1.1宏观形貌

对各次过热器爆管管样进行宏观形貌分析。由图1可以看出，#1管样爆口呈轴向长条状，开口较小，爆口边缘为钝边，断裂面粗糙且不平整；管子无明显胀粗，爆口处管子壁厚减薄较不多，外壁存在氧化皮并伴有氧化皮剥落，爆口周围存在众多与爆口平行且密集的纵向裂纹，呈现典型的长时过热爆口特征。

#2、#3、#4及#5管样的爆口均呈大喇叭口状，爆口边缘较为锋利，爆口处严重胀粗，管子减薄严重，爆口基本沿纵向撕裂，爆口处外壁有与爆口同向的裂纹，管子外壁呈黑灰色，呈现典型的短时过热爆口特征，如图2及图3所示。

1.2化学成分试验

采用SPECZROMAXx型直读光谱仪对5次爆管管样进行了化学成分检测，结果表明，5次管样的化学成分各元素含量均符合相应的标准要求，不存在材质错用情况。

1.3金相组织试验

对5次爆管管段及同屏相邻管段各取2根（A和B）进行微观金相组织检测及分析，各管样的组织详细结果见表2。

图4所示为#1爆漏管样的金相，可以看出，该管段爆口处及远离爆口处的组织均已严重球化，但同屏与其相邻的其他管段的金相组织正常，未见严重球化，首先说明该管段是由于长时过热导致的爆漏，同时也说明该管子存在局部介质循环不畅的堵塞现象。

#2、#3及#4管样爆口处及远离爆口处的组织均未见严重球化，但组织均为铁素体+沿铁素体晶界分布的珠光体，该种组织虽未严重球化但组织状态不佳，会在一定程度上削弱管子的强度，如图5及图6所示。与其同屏相邻管样的金相组织与爆破管段基本一致。

#5 TP347H管样的组织为等轴状均匀分布的单相奥氏体组织并伴有孪晶，未见明显老化；此外，由于管子爆破时超温幅值较高且爆破形变速率较快，因此在三角晶界处形成了蠕变孔洞，如图7所示，与其同屏的相邻管样组织正常。

表2　各次爆漏管段及其相邻管段的金相组织

1.4力学性能试验

采用CMT5305型电子万能试验机对上述5支管样进行常温拉伸力学性能检测，检测结果见表3和表4。可以看出，#1管样由于长时过热导致组织严重球化，因此其常温抗拉强度低于标准要求下限，不合格，而#2、#3、#4及#5管样的常温各项力学性能均符合标准要求。

表3　前、后屏过热器12Cr1MoVG取样管力学性能检测结果

表4　高温过热器TP347H取样管力学性能检测结果

2　原因分析

从上述检测结果来看，除第一次的后屏过热器管爆漏为长时过热所致外，其余四次无论是前大屏过热器，或是后屏过热器，还是高温过热器的爆漏均是由于短时过热所致，这已充分说明该锅炉的过热器系统中存在严重的异物堵塞或结构原因造成的介质通流不顺畅的情况。

由于前大屏、后屏及高温过热器入口处均设计有节流孔，节流孔内径规格为15mm和17mm，结合爆漏管段及取样检测管段位置，有针对性的割取部分过热器管的节流孔及部分弯头，并辅助以视频内窥镜检查，检查中在各级过热器管及过热器一级和二级减温器集箱内发现大量黑色块状异物、扁钢及氧化皮等异物，具体发现异物的位置及异物类型见表5，异物形貌如图8所示。

表5　现场检查发现异物存在情况

一般情况下，导致锅炉受热面超温过热的原因主要有管内汽水流量严重分配不均、炉内局部热负荷过高、管子内部严重结垢、异物堵塞管子及错用钢材等[3]。通过上述分析可知，各级过热器管无错用材质的情况；查阅受热面运行的壁温曲线，未发现过热器局部热负荷过高问题；现场割管检查也并未发现管子内部存在严重结垢现象。结合所发现异物情况，确定该锅炉连续5次的过热器管爆漏主要是由于金属扁钢、黑色异物及脱落的氧化皮等异物堵塞管子入口节流孔及弯头等部位，造成管内介质流量减小，短时间内管壁温度急剧升高，管子过热使其强度下降不能承受内部介质压力而引起爆漏。此外，TP347H材料的线膨胀系数与氧化皮的线膨胀系相差较大[4]，当锅炉负荷变化较大及频繁启停等异常工况往往会导致受热面壁温发生大幅值的快速变化，进而导致不锈钢管内壁的氧化皮大量脱落引发堵管爆破。

3　结语

综合上述试验与分析，认为#1锅炉过热器频繁爆管是由管子内异物堵塞造成短时、长时过热引起的。由于异物残留引起的过热器爆管事故占制造、安装及检修质量事故的40%[5]。针对此类型事故，应认真分析，准确定位，采取切割节流孔和弯管并配合内窥镜检查等方式彻底排查清理受热面系统内的异物，并加强割管后恢复过程中的焊接、热处理及防止异物进入等技术管理，避免异物掉落管内造成二次堵塞。

为防止类似爆漏事故的发生，应做好以下几点预防措施工作。首先，落实检修责任制，实行“预防为主、分区管理、责任到人”的原则[6]；其次，做好锅炉受热面防磨防爆检查工作，发现异常应立即进行检验分析、更换问题管子；另外，建立长效的炉管监视体制，运行中加强锅炉燃烧调整，减小烟温偏差，避免受热面过热超温[4]，严格控制汽温和金属壁温，减缓氧化皮的生成[7]。

参考文献：

[1] GB5310-2008，高压锅炉用无缝钢管[S].

[2] ASME SA 213/SA 213M-2013，ASME锅炉及压力容器规范：2013版.第2卷，材料，A篇，铁基材料[S].

[3]范建中，赵瑞刚.锅炉三管爆破原因分析及对策[J].内蒙古科技与经济，2009，（5）：95，96.

[4]徐少峰，彭福仁.300MW亚临界锅炉末级过热器爆管的分析及预防[J].浙江电力，2009，28（5）：30，31.

[5]李竹霞，龙显淼，童遂放，等.锅炉过热器爆裂原因的统计分析和预防措施[J].中国安全科学学报，2009，19（12）：98，99.

[6]张锦文.电站锅炉“四管”泄漏典型事件分析及预防措施[J].华电技术，2012，34（3）：51，52.

[7]张继文，袁燕明，廖伟辉.超临界600MW机组锅炉高温过热器爆管原因分析及预防措施[J].热力发电，2010，39（6）：86，87.

修回日期：2016-01-04

Causes Analysis and Prevention Measures on Superheater Tubes Frequently Bursting of 670t/h Boiler

WANG Wen-tao1，DONG Peng1，WANG Tao-ying1，ZHENG Quan-xi2
（1. Huadian Electric Power Research Institute and Inner Mongolia Branch，Hohhot 010020，China；2. Inner Mongolia Huayi Zhuozi Thermal Power Plant Co.，Ltd，Ulanqab 012300，China）

Abstract：During the period of running in a power palnt，witnessed burst and leakage on the first boiler continuously occurring five times in 40 days. The comprehensive analysises including macroscopic observation and chemical component analysis and mechanical property testing and microstructure analysis have been made on tubes sampling. The main cause for frequently bursting was due to over temperature and heating.In other words，the blockage existing in a part of superheater tubes caused bursting because of aging or instantaneous over-temperature and overpressure. Through targeted cutting and endoscopic examination，black round foreign matters in the first and second class superheater attemperator and a large scale cinder in superheater tubes have been found.The defects above-mentioned have been eliminated completely and the corresponding suggestion and measures have been proposed.

Key words：superheater tube；frequently bursting；blockage

收稿日期：2015-11-02

作者简介：王文涛（1989-），男，内蒙古赤峰市人，学士，助理工程师，主要从事火力发电金属技术监督、无损检测及失效分析工作；董鹏（1985-），男，呼和浩特人，学士，助理工程师；王涛英（1980-），女，山东荣城人，学士，高级工程师。郑全喜（1985-），男，山西人，大学专科，助理工程师，金属技术监督专工。

中图分类号：TM621.2

文献标识码：B

文章编号：2095-3429（2016）01-0051-04

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.01.012