浅谈600MW等级锅炉氧化皮堵塞末级过热器管的处理技巧

张小平 朱朝刚 丁吉伟

【摘  要】公司建有三台650MW—HG-1950/25.4-YM1型锅炉，末级过热器位于折焰角上方，沿炉宽方向排列共30片管屏，入口段的管子φ44.5×8.5，材质为SA-213 T91，底部弯头及出口段的管子为φ44.5×8.5/9.5，材质为SA-213 TP347H，底部弯头采用大“R”的平底结构，在启动期间，曾发生过个别管子堵塞，壁温异常，通过加负荷、变流量等一些列操作后，堵塞的氧化皮被冲走，壁温恢复正常。

【关键词】氧化皮;末级过热器;壁温;许用应力;快速升降负荷;蒸汽扰动

1 概述

华润电力（常熟）有限公司建有三台650MW—HG-1950/25.4-YM1型锅炉，是哈尔滨锅炉厂有限責任公司利用英国三井巴布科能源公司（MB）的技术支持，进行设计、制造的。锅炉为一次中间再热，超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动系统的本生直流锅炉，单炉膛，平平衡通风，固态排渣，全钢架，全悬吊结构，π型布置。锅炉岛为露天布置。

末级过热器的壁温计算是由计算机程序来完成数值计算的。程序根据管屏数量、单片管屏的并联管数量和结构数据、烟气温度的分布，计算管屏之间和管屏并联管之间的流量分布，再根据流量分布及烟气分布进行循环计算，最终得到各根管子的壁温数值。末级过热器的材料选取和强度核算是根据最高壁温来进行的，留有足够的裕量。

末级过热器位于折焰角上方，沿炉宽方向排列共30片管屏，管屏间距为690mm，每片管组由20根管子20根管子绕 绕而成，入口段的管子φ44.5×8.5，材质为SA-213 T91。底部弯头及出口段的管子为φ44.5×8.5/9.5，材质为SA-213 TP347H。底部弯头采用大“R”的平底结构，每片末级过热器均连接有入口及出口集箱各一只，在车间内焊接完成出厂。从φ219×40，材质为SA-335 P91的末级过热器出口集箱引出的蒸汽通过φ168×30，材质为SA-335 P91的出口连接管引至φ508×80，材质为SA-335 P91的末级过热器出口汇集集箱，并经出口汇集集箱两端引出的两根主蒸汽管道进入汽机。

2末级过热器管氧化皮堵塞实例

公司1号炉2017年6月11日调停检修结束后启动过程中，于6月12日凌晨2点10分左右末级过热器11-11（红色线）、22-9（蓝色线）两个测点壁温比别的的测点（绿色线）高出50度左右，11-11测点壁温绝对值更高，见下图SIS截图。

3末级过热器管堵塞原因分析

本炉型的末过蒸汽是从屏式过热器流过来的，屏过入口管节流孔最小内径为12mm，最大内径为24mm，末过管无节流孔，最小内径为27.5mm，末过内径27.5>屏过内径24，因此屏过能通过的异物末过管子依然能通过。本次启机中，屏过壁温正常，从而排除是异物飘逸，堆积在末过入口的现象。

此外，锅炉点火后13小时壁温一直正常，说明管子在此期间是畅通的，在6月12日凌晨2点10分左右突然壁温比别的管子增加50度，说明管子通流突然下降，完全符合氧化皮脱落堵管特征。

由于主汽温度参数较高，受材质高温抗氧化性能、炉膛高温烟气、受热面布置、流量分配等因素的影响，目前超临界机组的末级过热器产生高温氧化皮是不可避免的，且容易脱落。

在高温下，高温蒸汽管内的铁会和水蒸汽起发应，生成氧化铁系列如FeO、、FeO、FeO，并放出氢气。最初生成的氧化层主要是由FeO构成，这层氧化层是较为致密和富有韧性的，对金属母材起着保护作用。但当管壁内温度达560℃至570℃左右时，生成的氧化物则含有较多的FeO，该层氧化物结构较为疏松，且由于铁基体和Fe3O4 氧化物、、FeO氧化物之间热膨胀系数各不同，在温度变化范围较大时，就容易剥落，剥落的氧化皮随蒸汽流动，多数被带入汽轮机，在某些情况下会在垂直管屏的U形弯头底部沉积，阻碍蒸汽流动，当锅炉燃烧不稳，热负荷波动较大时，管子壁温温度变化过大，因氧化皮层和锅炉管母材的热膨胀系数不同，导致氧化皮层开裂，则瞬时大面积脱落，管内蒸汽来不及带走（管子进出口两端部压差只有0.3MPa，从底部弯头至末过管子出口垂直高度为13～14米）脱落的氧化皮堵塞在弯头处，严重时会引起炉管内流量减少而过热爆管。

4测点显示值复合及强度校核

在2017年6月12日凌晨4点28分左右对11-11测点热电偶进行检查，未发现测温电阻有异常。壁温偏差仍为30-50℃，可以证明上述两个测点显示值是真实有效。

因为上述两个测点的壁温均超过报警值，因此需要确定此时末级过热器运行的临界参数，以防止末过由于强度不足而瞬时爆破。

查找锅炉厂提供的《小口径管强度计算汇总表》，得知安装壁温测点处末级过热器的设计情况为：材质SA-213T91，规格44.5×9.5，设计温度为600℃，压力为28.4MPa，最小壁厚为8.21。由表1

注  S值取自于ASME锅炉压力容器法规第Ⅰ卷（表PG-23.1）和第Ⅷ卷第一部分（表USC-23）

为便于运行操作，现对末过管子650℃时的运行参数进行校核：

参照公式1

公式1：[p]=2ψ[σ]δ/D+δ

查询表1得知：S=29.6 MPa，则σ=29.6，ψ=1，δ=9.5，D=25.5，

则：[p]=（2×1×29.6×9.5）÷（25.5+9.5）=16.07≈16.1

因此，末过管子在氧化皮没吹通之前，最高温度不得超过650℃，运行压力最高不超过16.1MPa。

5 氧化皮堵塞末级过热器管处理

5.1利用PCV阀启闭进行过热器压力波动

2017年6月12日早上8点利用PCV阀启闭进行过热器压力波动干涉，但没有效果.

5.2利用安全阀及PCV阀启闭进行过热器压力波动

2017年6月12日下午3点10分左右，利用人工同时微启过热器6个安全阀以及PCV阀多次，未产生效果。

5.3通过升负荷，增大蒸汽流量

2017年6月12日，16：30开始升负荷，随着负荷的升高，超温壁温一直在增加，11-11测点达到峰值640℃时（17：43，348MW），开始下降至630℃（18：00，336MW）持续23分钟左右，18：23时，突然由629下降到455℃，此时负荷339MW.

随后，继续缓慢升负荷，22-9测点温度由587缓慢上升至634℃峰值，突然下降到495℃，此时负荷437MW.

2017年6月12日20：13，两个超温测点恢复正常，机组正常投AGC调节。

6结论

6.1材质为SA-213 TP347H的末过管子容易产生氧化皮，且在启炉过程中（点火不超过24小时期间）氧化皮极易集中脱落堵塞管子，启炉过程中需加强壁温测点观测，条件允许情况下，可每根管子加装壁温测点。

6.2当确定氧化皮堵塞末过管子后，不能急着升负荷及提高主汽压力，需要根据相关资料计算出管子安全的运行参数，防止瞬时过热爆管。

6.3可通过快速变动蒸汽流量、压力等手段，如快速升降负荷，将堆积的氧化皮冲走。

6.4仅靠微启安全阀，一般无法冲走堵塞末过管子的氧化皮，因存在安全风险，不建议将安全阀全启来增加蒸汽流量、压力扰动。

6.5通过采取大流量低参数升负荷，是最有效的带走堆积的氧化皮方法。

6.6如果采取快速升降负荷、及大流量低参数升负荷等手段任然无法将氧化皮冲走，则可考虑发电机解列，开旁路进行吹扫。

6.7如果上述手段任然无法将堆积的氧化皮冲走，这种情况很少见，则建议停炉清理，虽然会影响电厂经济性，但无论时间还是检修成本均远远低于锅炉爆管。

参考文献：

[1] 陈慧琴，陈欣，王浩然，常熟3#综合改造小口径管强度计算汇总表（F0330XJ001K503），哈尔滨锅炉厂有限责任公司

[2] 姜求志，王金瑞等，火力发电厂金属材料手册，中国电力出版社

[3] 李立人等，水管锅炉 第四部分：受压元件强度计算（GB/T 16507.4-2013），中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中國国家标准化管理委员会

（作者单位：华润电力（常熟）有限公司）