超超临界机组锅炉高温再热器泄漏原因分析

宫伟基

摘 要：通过对某超超临界机组锅炉高温再热器泄漏原因进行分析，通过蠕胀测量、壁温查阅、异物排查、氧化皮检测和取样化学成分检测、金相分析、机械性能检测，认为管圈存在氧化皮堆积，造成介质流量减少，对管壁冷却能力下降，管子发生低于相变温度的超温，组织老化，析出σ相，碳化物长大，抗拉强度下降，引起长时过热爆管。

关键词：高温再热器;泄漏;分析

中图分类号：TK229.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）12-0178-02

1 设备概况

某超超临界机组三大主机均由东方电气集团设计制造，配置单炉膛锅炉，前后墙对冲低NOX旋流燃烧，锅炉型号DG3033/26.15-Ⅱ1，2012年12月投产，至2016年4月7日，累计运行2万小时。高温再热器布置于高温过热器后的水平烟道内，共74屏，每屏16管圈，管屏呈U型，外3圈为HR3C材料，其余入口管段材质为TP347HFG，出口段材质为SUP304H。

2 泄漏情况

2016年4月7日，#1机组四管泄漏检测装置报警。现场检查，判断高再受热面泄漏。停炉检查发现高再左数第40屏外数第13根管圈（简称40-13，下同）在高再出口距顶棚约1.2m处（SUPER304H φ50.8×3.5）发生爆管，爆口长度约300mm，最大开度140mm，爆口处管段发生严重变形，爆口处管子壁厚减薄不明显，爆口边缘存在沿管子轴向的氧化皮开裂，爆口附近管径胀粗，如图1。

3 检查及取样检验

3.1 蠕胀测量情况

爆管附近处管径胀粗量为4.52%。距离爆口1m处的管径管径胀粗量为2.4%（标准值小于4.5%）。

对高再出口左数22至58管排全面外观检查并测量蠕胀，除40-13管圈爆口附近外，其余管子未发现明显胀粗现象。

对40-13管圈出口异种钢接头进行检查，SUPER304H侧直径为50.9mm，未发生明显蠕胀现象。T92侧管子氧化皮较厚，管子颜色发黑，直径为51.9mm，存在明显的蠕胀现象，管径胀粗率为2.17%（标准规定小于1.2%）。

3.2 壁温查阅情况

查阅高再左数第40屏自2016年1月至2016年4月时间段内壁温曲线，壁温测点测点均未超过620℃，未出现过壁温超限值现象。

3.3 异物排查情况

自高再40-13和40-12入口管对40屏入口小集箱进行了内窥镜检查，未发现异物。将高再40-13爆口管整圈割下，检查管内及弯头处，未发现异物。高再入口大联箱及小联箱2014年10月已进行全面检查，存在异物的可能性较小。

3.4 氧化皮检测情况

对高再所有管屏前后弯头进行了氧化皮检测，并对检测值最大的4根管子割管验证，前弯头氧化皮堆积量均未超过管径的1/3。

#1炉先后于2014年3月、2015年10月对高再全部弯头进行了氧化皮检测，历次检测均未发现40-13管圈弯头存在氧化皮堆积现象，该管圈未进行过氧化皮清理工作。

3.5 近期锅炉启停情况

查阅2016年1月28日停机历史曲线，停机后闷炉时间为72小时，72小时后强制通风。闷炉时间符合反措要求。

查阅2016年02月16日锅炉启动历史曲线，冲转前机组汽温温升率为0.77℃/min，冲转至锅炉转干态阶段，汽温温升率分别为0.28℃/min、0.33℃/min。小于锅炉厂的要求标准值1.5℃/min。

3.6 取样检验结果

3.6.1 化学成分检测

对泄漏管进行化学成分检测，发现高再40-13材质（SUPER304H、TP347HFG）符合标准要求。

3.6.2 金相检验

（1）40-13。1）出口段爆口SUPER304H管金相组织为奥氏体、碳化物和析出σ相，碳化物尺寸较大，如图2。2）出口段爆口下300mm处SUPER304H管向火面金相组织为奥氏体、碳化物和析出σ相，碳化物尺寸较大，弥散分布;背火面金相组织为氏体、碳化物，碳化物弥散分布，如图3。3）出口大包T92管金相组织为回火马氏体和碳化物，马氏体位向分散，碳化物颗粒弥散分布，晶界上的碳化物颗粒较大，老化级别3-4级，如图4。4）入口段SUPER304H管金相组织为奥氏体、碳化物，晶界上碳化物较大，如图5。

（2）40-12。1）出口段SUPER304H管金相组织为奥氏体、碳化物，个别碳化物尺寸较大，主要沿晶界分布;2）入口段TP347HFG金相组织为奥氏体、孪晶和碳化物。

3.6.3 硬度检验

40-13根出口段（大包SA-213T92）布氏硬度值为HB183、183、180、176、173，平均值HB179;DL/T438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》规定：SA-213T92硬度值为180-250HB，左数第40排外数第13根出口段（大包SA-213T92）布氏硬度值低于下限。

3.6.4 机械性能试验

对40-13泄漏管及附近管段取样进行机械性能试验，结果如表1。

由表中数据可见，40-13爆口上管段（SUPER304H）向火面抗拉强度接近标准下限，T92管抗拉强度低于标准要求，其余管段抗拉强度符合标准要求。

4 原因分析

（1）综合以上各项检查、检验结果，排除了管材质量因素，泄漏原因确定为长时过热爆管。（2）因胀粗及爆管仅发生在高再40-13管上，其它管未发现过热及超温现象，排除了烟温高及设计因素造成的爆管，确定爆管是因蒸汽侧流量低导致。（3）导致蒸汽侧流量低的可能原因有：氧化皮堵塞或异物堵塞。1）异物堵塞。对高再40-13爆口管及入口联箱用内窥镜进行了检查，未发现异物;炉内管系在割管后检查亦未发现异物，但因爆口较大，若管内有异物不排除被蒸汽吹走的可能性。2）氧化皮堵塞。发生爆管的40-13管圈在历次氧化皮检查中均未有氧化皮堆积现象的记录，未进行过割管清理氧化皮工作，分析该管圈在泄漏之前可能发生了氧化皮堆积，但未完全堵塞管圈，从而导致管系长时过热。

综上所述，通过全面排查后分析本次爆管的原因为：

40-13管圈存在氧化皮堆积，造成介质流量减少，对管壁冷却能力下降，管子发生低于相变温度的超温，组织老化，析出σ相，碳化物长大，抗拉强度下降，引起长时过热爆管。

5 建议

增加高再40-12、40-13出口管壁温测点，運行中加强对壁温的监视。恢复屏过区域IK01-IK10长吹灰器运行，提高屏过受热面吸热量，降低炉膛出口温度，以降低再热器减温水的投入量。提高氧化皮检测频次，利用检修机会，对高再进行全面的氧化皮检测，发现氧化皮沉积量超标，及时加以清除。

参考文献

[1] 电力行业电站金属标准化技术委员会.18Cr-8Ni系列奥氏体不锈钢锅炉管显微组织老化评级标准：DL/T 1422-2015[S].北京：中国电力出版社，2014.

[2] 张磊.超超临界机组锅炉后屏过热器泄漏原因分析和处理[J].热力发电，2008，37（3）：43-44.

[3] 张成.火电厂高温过热器泄漏原因分析及防范[J].江西电力职业技术学院学报.2015，（1）：19-21.