火电厂高温再热器SA-213TP310HCBN（HR3C）管材爆管技术管理探讨

2017-01-19杨有文

中国设备工程 2017年24期

关键词：热器管材火电厂

杨有文

（神华神东电力重庆万州港电有限责任公司，重庆 404027）

火电厂高温再热器SA-213TP310HCBN（HR3C）管材爆管技术管理探讨

杨有文

（神华神东电力重庆万州港电有限责任公司，重庆 404027）

在火电厂中，高温再热器的主要作用是将已经完成做功的低压蒸汽进行再次加热，从而实现循环利用，提升电厂热效率，同时也可以将汽轮机末级叶片的蒸汽温度控制在合理范围内，完成对汽轮机叶片的保护。本文以1050MW超超临界机组为例，对其高温再热器SA-213TP310HCBN（以下简称HR3C）管材的爆管问题进行了分析。

火电厂；高温再热器；HR3C管材；爆管；原因

就目前现状而言，火电厂锅炉运行的各类事故频发。受热面爆管占比最大，这主要是由于锅炉管道内部处于且将长期处于高温高压的恶劣环境当中，与此同时，其外部管道也遭受到高温烟气的腐蚀与侵害。这不仅会对于锅炉的使用寿命以及正常运行产生恶劣影响，事故发生后更会对于火电厂的经济效益以及社会效益产生负面效应。因此，这便要求采取有效的防治措施，并以此预防锅炉管道的爆裂以及泄漏，进而有效保障锅炉设备以及全体员工的安全。

案例：某火电厂1050MW超超级临界机组，最大连续蒸发量达到3035t/h，过热器出口的蒸汽温度为605℃，蒸汽压力29.3MPa，再热器出口的蒸汽温度达到623℃，蒸汽压力5.8MPa。2015年4月，锅炉高温再热器HR3C管道出现爆管事故。

在高温再热器管道中，采用的是HR3C管材，其主要成分为25Ci-20Ni-Nb-N，是在TP310的基础上加入了Nb和N形成的一种奥氏体耐热钢，具有良好的抗高温烟气腐蚀能力和抗高温蒸汽氧化能力。且在该机组中，高温再热器管道通过滑动副（定位块）的方式进行连接，构成紧密的互锁结构，能够有效限制管道的移动和变形，防止机组运行中出现飞灰磨损以及碰磨现象出现，而在机组运行环节，受启动/停止以及运行参数波动的影响，管道的变形和膨胀应力不一致，相互之间形成了外加作用力，与蒸汽引发的工作应力以及焊接残余应力叠加在一起，集中在接头位置，使得焊缝根部的热影响区域应力水平较高，容易引发开裂问题，而一旦开裂，在应力的作用下裂纹发展的速度极快，换言之，焊缝根部位置高度集中的应力，极有可能是此次导致爆管问题的力学原因。不过，爆管后至停机时间较长高温再热器管道损伤较为严重，因此无法确切判断其爆管原因。因此，这里结合该机组的实际情况，对HR3C管材的爆管原因进行分析。

1 管材超温

1.1 管道超温的原因分析

指在运行过程中，管材短时温度超出材料的承受极限，或者长时期处于超温运行状态，导致爆管问题。对机组进行分析，发现水冷壁存在比较严重的积灰问题，炉膛出口位置的烟气温度相比较设计温度更高，导致了主汽温和再热汽温的升高。

缓解管道超温现象的出现有可能是多重因素所导致的，将其主要原因归纳为以下几个方面：（1）管道出现严重积灰的现象定会对于管道超温埋下伏笔。（2）煤粉过粗会使得整个锅炉的燃烧时间持续延长，而时间延长必定会导致锅炉管道超温现象的出现。（3）当锅炉启动过程中再热器内存在积水，若此时锅炉开始燃烧，必定会使得积水快速蒸发，进而在形成水塞的同时，致使锅炉部分管道出现超温现象。（4）当锅炉炉膛火焰位置不科学，必然会造成锅炉炉膛的出口烟气温度形成较大的偏差，进而使得锅炉部分管道发生超温的现象。总而言之，这一系列的因素必定会致使锅炉出现超温现象，及时采取锅炉超温的防治措施刻不容缓。

1.2 锅炉管道超温防治措施

首先，尽量保证锅炉煤粉的精细度，并以此将煤粉燃烧时间缩短，减少锅炉出现三次以上的风带过量煤粉的产生，并有效防止锅炉不完全燃烧情况的发生；如果锅炉机组处于负荷升降频繁的不利状态，相关工作人员应当及时地进行滑压运行，并以此避免锅炉管道出现超温；定期对锅炉管道采取吹灰、除焦等防护措施，以此保障锅炉管道受热面的清洁；对于前后墙对冲燃烧器的锅炉，在其运行过程中二次风主要实行等比分配的形式，并以此纠正锅炉炉膛火焰偏差，避免锅炉管道超温现象的出现。

为了降低锅炉管道温度过高对生产进行的影响，在管理上应当加强对锅炉管道的监督和检测，对锅炉的温度进行及时检测，采取增加测点方式对管排进行多点分布监督，及时发现温度的异常变化，对于出现管道超温时及时采取应对措施，避免因为锅炉管道温度过高导致爆管，引起机组非停。

2 管道焊接质量

在分析大量数据资料后发现在火力发电厂事故中，锅炉泄漏事故的发生率高达60%～70%，而究其主要原因一般在于锅炉管道的焊接出现瑕疵。而锅炉焊口出现问题的客观原因为以下四方面。（1）一般由于焊口质量不佳，出现裂纹或气孔，然而探伤过程中未发现此问题。（2）在管道对口过程中，出现错口、折扣等现象，致使焊口出现拉裂等现象。（3）在管道的质量与焊材质量，管道材质与原始材质出现偏差，导致出现异种钢焊接但焊丝选用不对，致使焊口出现裂纹等较为严重缺陷，探伤过程中亦未发现此问题。（4）管道附件滑动副（定位块）等焊接过程中，焊缝出现咬边、裂纹等现象但检查未发现此问题。锅炉焊接质量较差的人为因素：由于工作人员的疏忽大意以及侥幸心理，导致在安装或是检修的过程中降低了锅炉的金属强度，进而使得管道的承压能力大大降低，最终可能导致爆管现象的出现。

鉴于焊接水平的重要影响，需要火电厂管理人员考虑到不同地区的温度和环境因素，在管道的正常变形和膨胀范围内进行施工，避免受气温和湿度的影响出现爆管，前期的设计和后期的定期维护都可以在一定程度上减少这类安全隐患的出现。

正是因为管道焊接质量对安全生产产生极大的隐患，所以需要管理人员在管道焊接质量的问题上加大重视，在采购环节中首先需要对管道的材质严加管控，在验收过程中加大光谱检测力度，其次需要在焊接完毕后加大探伤力度，及时发现问题，对可能存在的影响进行及时处理，避免因为人为因素造成作业中的安全隐患。

3 锅炉正常运行过程中的飞灰磨损

近几年来，由于我国煤炭市场供求关系的日益紧张，我国的煤价也由此不断增长。而就此导致的是燃煤质量的逐渐降低。并且伴随着国家去产能的不断深入，煤矿资源开发脚步的逐渐放缓，使得电煤形势日益紧张。

飞灰磨损带有一定的不可控性，所以在管道迎风面、烟气流场较强、易形成烟气走廊的管道处，应采取防磨措施，对管道加以保护，且应当采用较为敏感的烟道检测系统，随时对管道内的烟、粉尘进行检测。并应尽量控制煤炭采购中煤炭的质量，尽量防止飞灰对管道的磨损。

4 设计可能存在少许问题

在锅炉的设计过程中往往存在许多问题，主要表现为设计者或者设计单位没有充分考虑到各承压部件的位置，虽然过硬的基础设计能进一步缓解这个问题，但是在设备的具体安装过程中仍然会因为安装现场的实际情况受到位置的限制，最终影响到锅炉的质量水平。就目前形式而言，锅炉厂一昧地追求经济效益，导致设施的安装流程缺乏科学的规范，使得锅炉的安装时间明显缩短的同时，严重威胁到锅炉质量的问题。与此同时，这样的安装操作会导致管道并没有按照具体规定工艺给每一个焊口都留有相应的足够的位置，使得锅炉设备在正式投入生产之后会明显地暴露出一系列的质量问题，进而影响整个企业的经济效益。

设计方面的影响需要火电厂管理人员在审核设计的同时，要考虑到实际生产过程中的诸多因素，避免设计中提出的方案与实际生产脱产，影响安全生产运行。