某电厂高温过热器爆管分析及对应措施

陈柱全

摘 要：某电厂高温过热器为T23材质，在短期内连续发生爆管，通过对爆管形态的宏观分析，以及锅炉高温过热器金属壁温的研究，發现T23材质的过热器在高温环境下极易产生氧化皮，随着氧化皮的不断增加，管壁导热极具恶化，从而导致过热器长期超温爆管。通过对这爆管原因的分析，提出了一种避免过热器爆管的有效方法。

关键词：高温过热器；爆管；宏观分析；有效方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.159

1 引言

高温过热器是燃煤发电锅炉的重要构件，长期处于烟尘、火焰等高温恶劣工况下。其主要的失效形式有：高温腐蚀，氧化皮脱裂，渗漏，爆管等[1]。爆管是高温过热器常见的一种失效形式，一方面影响发电锅炉的性能，危害发电的安全性，另一方面会增加发电设备的运行及维护成本。对电厂锅炉的过热器爆管原因的分析及预防，对提高发电安全，降低运行成本具有重要意义。

2 爆管现象描述

某电厂#3机组为300MW级机组，锅炉为上海锅炉厂生产的SG-1025/17.5-M893型亚临界压力，一次中间再热循环控制汽包炉。主蒸汽参数为16.67MW/538℃，再热蒸汽参数为3.3MW/538℃。高温过热器共69屏，每屏沿着烟气流动方向布置16根管，受热面管规格为Φ51×7，材质为SA-213T23，过热器出口温度541℃，过热器进口设计烟温829℃。2018月5月30日#3机组高温过热器发生爆管泄漏，爆口位置在第31屏第1根管下弯头处如图1，爆口形态为开放性爆口，爆口长约90mm，宽约40mm。8月24日#3机组高温过热器再次爆管，爆管位置在第29屏第3根管下弯头处图2，爆口形态为开放性爆口，长约80mm，宽约50mm。#3机组高温过热器在短短3个月时间内连续发生两次爆管，两次爆管位置非常接近，爆口形态相同。截止至8月24日最近一次爆管，#3机组累计运行约7万小时，启动次数为67次。

3 爆管原因分析

3.1 过热器爆管形态宏观分析

#3炉5月30日及8月24日两次爆管的爆口两端直管均见有较明显的胀粗，爆口周围有纵向裂纹，管内有纵向裂纹。管子内、外壁较黑，均有较厚的氧化层，氧化层厚度约为0.5mm，管内、外的氧化层有部分已脱落。通过对爆管区域的观察，高温过热器爆口处有明显胀粗，外壁存在明显纵向分布龟裂纹，为典型长期超温爆管形态。

3.2 高温过热器管子金属温度分析

#3锅炉高温过热器受热面在大包内共有70个温度监测点，均装在大包内对应管屏的第16根管子上，亦即对应管屏管内工质的出口蒸汽温度。从DCS系统调取的2018年5月30和2018年8月24日两次爆管前5天的锅炉运行高温过热器各管屏的出口蒸汽温度进行分析。发现这两次爆管前的温度曲线趋势一致，且有一个共同的特点，锅炉运行炉内换热存在热偏差，第28屏到第43屏的区域热负荷比较高，蒸汽出口温度超过了控制温度540℃，最高的蒸汽温度达到了550℃。而5月30日，8月24爆管位置分别发生在第31屏，第29屏，显然即这两次爆管都与超温相关。参照经验值估算，对流过热器的差值为20～400C，即炉内出口部位的管壁温度为相应的炉外管内汽温值加上20～400C[2]。对应炉内位于热负荷较高处的受热管子金属壁温最高温度达到了590℃。

锅炉正常运行时，火焰经水冷壁拆焰角后进入水平烟道，由于两侧引风机的作用下，在炉内水平烟道形成了两个烟气通道，形成了两个高热负荷区，因此、经过高温过热器时，从左侧、中间、右侧和上、下的烟温是不相同的，存在一定的热偏差，一般两侧的中间位置的下部的烟温更高，热偏差温度有时可达到100℃。这样就造成两侧的中间位置的下部的高温过热器受热面管道的当量金属温度超温过热。而据相关研究院的研究、试验认为，T23的管材在运行温度超过580℃时，极易促成内壁氧化皮的生长加速，在锅炉启停过程中氧化皮容易脱落堵塞管子，导致蒸汽流量急剧减少，同时氧化皮生成过程中消耗了基体金属，管段的有效壁厚显著减薄，使管子环向应力增加，最终超过T23材质高温下的许用应力发生爆管。

4 解决措施

（1）运行人员应加强过热器出口温度和大包管屏金属温度的监视和控制，严格按照超温控制线运行。（2）建议在炉内高温过热器管子上加装热电偶测量管壁金属温度，核对运行中高温过热器管壁实际温度，如超过T23管壁许用温度580℃，建议更换高等级金属材料，如SA-213T91等。（3）建议开展燃烧动力场试验，合理运行调整，减少热偏差。加强检修运行维护管理，特别是启停炉过程、水压试验后的启炉操作。

参考文献：

[1]马加朋，盖红德，赵昆，戴家辉.电站锅炉过热器和再热器的失效模式及机理[J].山东工业技术，2017（22）：6-7.