600兆瓦超临界直流炉末级过热器管爆管原因分析

中国特种设备检测研究院 徐光明 刘杰 车畅

广东省特种设备检测研究院汕尾检测院 李湘岳

为了满足国内经济的高速发展，越来越多的高参数、大容量机组投入运行。对于运行工况更为苛刻的锅炉受热面，由高温、高压、腐蚀、磨损和疲劳等引起的早期爆管呈逐年上升的趋势。其中，锅炉末级过热器管（以下简称末过管）氧化皮剥落造成的突发性爆管事故对锅炉安全稳定运行的危害十分严重，紧急停炉抢修不仅打乱了电厂的正常发电计划，而且也增加了电厂的检修成本，同时也干扰了整个地区的正常供电，造成巨大损失[1-5]。基于此，本文对某电厂的600MW超临界直流炉末过管爆管原因进行了分析。

1 事故概况

某电厂 2号超临界锅炉，型号MO-SSRR809，MHI制造，Π型，锅炉参数：设计出口压力25.9 MPa，设计出口温度542℃，最大连续蒸发量1950 t/h，再热蒸汽流量1541.2 t/h 。该锅炉于2011年08月08日发生爆管。通过对该超临界炉解列，检查确认，爆管位置位于FL42600标高的末级过热器（简称末过）从左往右数（简称左数）第31屏入口侧前数第3根（简称31-3）的 SA-213T91管子(Φ48.1×7.2)发生爆管。

2 宏观检查

2.1 爆口

图1 末级过热器爆管位置

炉内检查发现，末过31-3根管发生爆管，爆口位于弯头上方约800mm处，T91与TP347H管的异种钢焊缝 T91 管侧，爆口尺寸为124mm×44mm，爆口边缘壁厚明显减薄（壁厚2.41mm），爆口附近上下管子(T91)胀粗Φ53.3，爆口朝向炉右，爆口向炉左变形约1500mm。图2所示为末过31-3根管爆口形貌。

2.2 变形

末过31-3管的入口侧由上向下发生了明显的变形，分为3段：第1段在31屏和30屏之间进行了出列变形；第2段是在30屏和29屏之间进行了向上弯曲变形；第3段是在30屏和29屏之间进行了出列变形。31-3管的爆口位于第2段和第3段之间，且距29-13管约100mm。如图3所示为末过31-3管入口侧的变形爆管情况。

2.3 氧化皮

图2 末过31-3根管爆口形貌

图 3 末过31-3管入口侧的变形爆管情况

经内窥检查，末过31-3根管T91材质一侧的管内壁氧化皮厚度较厚，剥落严重，且大块剥落。同时在与31-3根管连接出口集箱的管口边缘有氧化皮堆积。而邻近管内及与集箱连接处均未见冥想的氧化皮堆积情况。如图4所示末过31-3管内及出口集箱管口边缘的氧化皮剥落堆积情况。

图4 末过31-3管内及出口集箱管口边缘的氧化皮脱落堆积情况

3 原因分析

依据爆口形状及外壁氧化皮剥落等检查可知，末过31-3根管爆管是由超温造成的。同时由31-3管内壁氧化皮剥落和与出口集箱连接处的氧化皮堆积可以推测，造成超温的原因可能为：氧化皮的大量剥落造成管子堵塞，使得管内水蒸汽流量减少，冷却管壁的能力减弱，进而造成了管壁的超温。

3.1 爆口位置

发生爆口的位置位于末过入口侧异种钢接头的T91一侧。而T91材质使用的位置正是整根31-3管所处烟气温度最高的位置。而当管壁冷却不足时，爆管就会首先在烟气温度较高的入口侧亦即T91材质一侧发生。

3.2 集箱结构

图5所示为末级过热器入口集箱的结构及31-3根管的位置。从图5中可以看出，31-3管位于入口集箱的三通位置，而水蒸汽在三通位置的扰流及涡流现象容易造成附近管子温度升高，促使氧化皮增长。

图5 末级过热器出口联箱的结构及31-3根管的位置减温器位置

3.3 减温器情况

锅炉在启动初期，二级过热器减温器已开启，减温器到末过入口集箱距离短，如雾化不良，很容易造成末过入口集箱三通位置管屏水击，导致氧化皮剥落。而本次爆管仅点火后21小时便发生爆管，这也从侧面说明氧化皮剥离严重。

3.4 负荷变化

锅炉的负荷变化会造成管壁温度的较大变化。根据电厂提供的数据，该锅炉在启动初期，负荷从180MW升到250MW，需要升负荷5次，降负荷3次。由此出现的负荷波动，很容易造成管壁的热胀冷缩，进而导致氧化皮的剥离。

4 结语及建议

本次爆管是因氧化皮的大量剥落堵塞管子造成管壁冷却不足而超温出现的。集箱与管子连接处存在水蒸汽扰流和涡流现象造成管壁超温进而加剧氧化使得氧化皮增多。氧化皮在减温器雾化效果不足和锅炉启炉过程中多次的负荷升降影响下出现剥落，堵塞管子，造成超温而爆管。鉴于此，本文建议：

末过31-3根管朝入口联箱侧T91材质更换为TP347材料，长度约 5000mm。

对末过31-3管及其邻近管子进行分析，确定材质老化情况和氧化皮厚度。

对末级过热器集箱上的三通位置的管屏连接处增加热电偶，监测运行温度，便于运行操作。

减少启停次数，减缓启停速率，启动初期减少负荷波动，防止氧化皮剥离。

运行注意燃烧调整，减少温度突变及超温发生。

启动初期尽量减少减温器的投入，尤其过热器二级减温器。