流化床锅炉屏式过热器过热段爆管的原因分析及处理

陈要华， 薛 腾

（山西耀光煤电有限责任公司，山西 平遥 031105）

0 引言

山西耀光煤电有限责任公司2 号炉是SG-705/13.7-M453 型超高压一次中间再热，单汽包自然循环、循环流化床锅炉，制造厂家为上海锅炉厂有限责任公司，制造日期为2008 年12 月。锅炉主要参数：额定蒸发量为705 t/h，过热蒸汽压力为13.7 MPa，过热蒸汽温度为540 ℃。其他参数分别为：屏式过热器热段数量7 片；热段管规格为d42 mm×6.5 mm，共42 根，管中心间距60 mm；屏式过热器热段材质为12Cr1MoVG；热段受热面积738 m2。

1 设备状况及爆管过程

2 号炉屏式过热器爆管经过：2014 年7 月29日12 时29 分，2 号机组并网，并网后机侧补水量偏大，约为25 t/h，负荷一直稳定在105 MW，过热器、再热器壁温经常超温；8 月1 日3 时34分机侧补水量增至32 t/h；8 月2 日1 时20 分炉膛负压突然摆至350 Pa，机侧补水量持续增大，4时00 分补水量稳定在40 t/h，4 时18 分降负荷至60 MW，6 时40 分向中调申请停机，9 时15 分发变组解列。

停炉后搭架检查发现爆管位于屏式过热器第10 屏，即屏式过热器热段左数第6 屏、炉后向炉前数第1 根管向火侧，距下方浇注料约100 mm，标高28 m 处。吹损减薄爆口2 处，其中一处位于热段炉左数第6 屏、炉后向炉前数第2 根管，另外一处位于热段炉左数第7 屏、炉后向炉前数第1 根管。截至本次爆管前累计运行时间约11 000 h，管子规格d42 mm×6.5 mm，材质为12Cr1MoVG。

2 爆管原因分析

2.1 现场检查分析

a） 经宏观检查，发现2 号炉热段炉左数第6屏、炉后向炉前数第1 根管向火侧爆口纵向（轴向） 开裂约459 mm，最大张口71 mm。其实此爆口由两部分组成——爆口张开部分和上侧吹损部分。爆口张开部分爆破时破口张开很大，呈喇叭状，边缘明显减薄，厚约1.5 mm（见图1、图2），爆口附近管子胀粗较大（见图3），爆口向火侧外壁有较厚的氧化层，氧化层表面龟裂，爆口内壁由于爆管时管内介质急速冲击而显得十分光洁，上侧吹损部分表面光滑；远离爆口管子外表面有呈蓝黑色氧化皮，局部已经脱落。此外，两处爆口均为被吹损后壁厚不足造成的塑性变形爆口形貌，一处为热段炉左数第6 屏、炉后向炉前数第2 根管，爆口大小约为27.4 mm×8.5 mm（长×宽）；另一处为热段炉左数第7 屏、炉后向炉前数第1 根管，爆口大小约为75 mm×14.3 mm（长×宽）。

图1 屏式过热器现场爆管图

图2 左数第6 屏炉后向炉前数第1 根爆管图

图3 左数第6 屏炉后向炉前数第1 根爆管涨粗部分图

对6 根管样管径胀粗测量显示，左数第6 屏第1 根管距离爆口上端150 mm～700 m 范围内管段（来样管长） 和爆口下端50 mm 处，有不同程度的胀粗，胀粗率最高达21%，另外5 根管子胀粗基本还在标准要求范围内，具体管径胀粗见表1。

b） 现场用直读式光谱仪对爆管材质进行确认，结果符合12Cr1MoVG 化学成分要求，具体情况见表2。同时，第一时间查验了钢管原材料质保书和入厂复验报告，确认了设计强度计算书，结果均为合格。

c） 经现场割样后检查，内壁光滑，内壁无结垢现象，无氧化皮脱落现象，水质合格，现场安装焊口根部不存在焊接缺陷。

d） 金相分析表明（管样取金相试样部位见表3）：1 号管样爆管试样爆口边缘、爆口附近和胀粗管段组织出现相变和不完全相变组织，并且晶粒细小和拉长，说明该管由于短时过热而爆破，超温幅度较高。

2 号、3 号、5 号管样试样内外壁存在一层50 μm 左右的氧化皮，试样基体金相组织为铁素体+碳化物+珠光体，珠光体球化3～3.5 级。说明热段屏式过热器存在超温现象，并且幅度还不小。6 号管样试样基体珠光体球化1.5 级，2 号机组截至本次爆管累计运行11 000 h，球化速度正常。

表1 管样编号及管径胀粗测量结果

表2 管样直读光谱元素分析结果

2.2 讨论和分析

从爆口形貌判断，首次爆口应该是热段炉左数第6 屏、炉后向炉前数第一根向火侧爆口张开最大部分，上侧爆口为相互冲刷的结果，2 号、5号管样爆口应该是吹损爆口。根据现场所掌握的情况及试验分析可知，此次爆管原因基本上是一起超温过热引发的爆管。

表3 样管取金相试样部位

3 处理方案

对炉膛内屏式受热面下部浇注料进行100%宏观检查，对已脱落浇注料的受热面管排进行测厚和浇注料恢复；依据《水管锅炉受压元件强度计算》（GB/T 9222—2008）标准对重点磨损区域壁厚进行强度校核计算，确定更换范围，对壁厚小于标准的管排全部更换，对已发生磨损但壁厚大于标准的管排，做好记录，监督运行。依据《火力发电厂金属技术监督规程》（DL/T 438—2009）相关规定，受热面管子更换后对焊口进行100%的射线或超声探伤，并记录。按照水压试验相关规定，进行水压试验，确保锅炉无泄漏。

4 运行调整控制措施

a） 锅炉点火后，严格控制床温升速不超过3 ℃/min，控制汽温升速不超过2 ℃/min。投煤后，严禁煤量大幅波动，以保证锅炉各床温测点温升均匀。

b） 机组启动过程中通过燃烧调整控制汽温，严禁大量投入减温水，如必须投入减温水控制时，应严格控制减温器后温度大于对应的饱和温度10 ℃以上，避免由于减温水雾化不良，受热面积水形成水塞，导致管道壁温急剧升高。

c） 运行中加强锅炉运行监视、调整，减少热偏差，确保锅炉正常运行。

5 结束语

通过对屏式过热器热段管定期（机组临停）进行金属取样分析和燃烧优化调整，把屏式过热器爆管这一影响安全生产的不安全因素控制在最低点。通过这次论证分析为流化床锅炉受热面类似问题的现场处理提供一些参考和借鉴，也为流化床锅炉受热面部件的现场检修、安装、改造、施工指明一些注意事项。