亚临界300MW机组锅炉墙式再热器爆管原因分析

国家能源蓬莱发电有限公司 卢传福

由于锅炉墙式再热器的实际运行情况直接影响再热蒸汽的品质，所以在当前的锅炉使用过程中，全面提高锅炉墙式再热器安全性和稳定性至关重要。由于当下的锅炉参数正呈现持续提高的发展趋势，由此引发再热器爆管事故的发生概率成逐年递增趋势，不仅对机组的稳定运行构成了严重威胁，影响发电指标的完成和导致经济效益降低，而且还直接影响到电网的正常调度。深入分析爆管原因从根源上解决爆管问题至关重要，必须从设计标准、设计选型、制造安装、运行调试全过程努力，才能有效防止事故的发生。

本文结合以往的经验可知，引发锅炉再热器爆管问题的主要原因种类较多，包括腐蚀、超温、焊接以及开裂等相关问题属于主要原因，当再热器自身的材质以及工作过程中的磨损情况也会在一定程度上影响爆管发生概率。通常情况下，在锅炉再热器运行工作过程中发生爆管时，具体的问题发生部位和形态存在一定的相似性，由此可见，在实际的研究过程中应该找寻共性要素，进而深入分析具体的爆管原因是必要工作内容，有助于提高锅炉再热器的实际工作效率，也能够从根源上保障机组整体的运行安全可靠性。

1 实例分析

本研究的亚临界300MW机组锅炉为SG-1025/18.3-M833型亚临界、中间再热控制循环、单炉膛燃煤汽包锅炉，锅炉采用双进双出钢球磨制粉系统、直吹送粉、四角切圆燃烧、过热器两级喷水调温，再热器采用摆动喷燃器摆角调温，再热器出口压力和温度分别为3.63MPa和541℃，再热蒸汽流量每小时834.8t。下文结合该类锅炉进行相应的分析研究。

SG-1025/18.3-M833再热器采用高温布置的设置方式，以对流换热为主，由于再热器往往由三级组成，所以在实际安装过程中，首先需要对墙式再热器进行具体的规划设置，将其安置在炉膛上部分贴附在前墙和两侧墙的水冷壁管位置，借助位置优势，使其在后续工作中能够直接有效地对炉膛的辐射热量进行吸收转化，之后在二三级再热器的布置过程中，则应该选择烟气温度相对更高的折烟角偏上位置进行安装设置，借助折烟角的对流性质，有效完成再热器的对流联合布置任务以保障机组的后续工作效率。

在充分了解再热器的具体组成情况前提下，技术分析人员才能更加准确地进行各项试验操作，从而有效对爆管发生原因进行深入剖析。

2 试验分析

宏观形貌检查。在发生爆管问题的情况下，工作人员应对实际的爆管情况进行全方位的检查分析，首先应从宏观形貌角度进行全面检查，技术人员需要及时进入锅炉内部进行外观检查工作，对爆管位置具体的分布情况和该部位的爆口分布情况，进行细致了解。根据爆管口的朝向以及爆管周围管壁的薄厚分布情况，还有边缘的粗质磨损痕迹，对整体的形貌有所了解，进而割取爆管采样进行宏观检查，根据爆管位置的管横截面形貌处具体腐蚀形态和深度开展原因分析并结合具体内壁腐蚀状况，进一步扩大检查范围，从而更加全面深入的了解爆管原因。

化学成分分析。在完成基本的宏观形貌检查之后，相关人员应从微观角度入手对爆管问题发生处的化学成分进行收集分析。在实际的成分分析过程中，首先应对爆管母材和爆管边缘处的化学物质进行取样，进而利用相关技术手段准确进行化学检验分析，详细了解管道的具体化学成分，根据化学分析结果与再热器的管道组成情况进行对比分析。根据爆管研究实例和相关分析工作，形成化学成分分析数据表如下，根据表1，在发生爆管时管道的化学成分与锅炉钢管的规范母材化学成分存在较强的一致性。因此，在实际工作中引发爆管的原因与母材化学成分组成要素之间的关联性并不强。

表1 化学成分分析数据（%）

拉伸性能试验。在管道的拉伸性能相对较强的情况下，发生爆管问题的可能性将会有所降低，在试验过程中，相关人员应注重拉伸性能的试验检验，在具体的操作阶段，工作人员需要分别对正常的载热器管道进行取样，同时在爆管位置的爆口进行取样，进行拉伸性能对比试验。根据上述实例内容，通过实操获得拉伸试验数据如下。根据表2可知，正常管样的屈服强度为384，而爆口管样的屈服强度则为362明显低于正常管样；爆口管样的抗拉强度，以及断后延伸率同样显著低于正常管样的相关数据。由此可见，在发生爆管问题的时候，爆口位置管道的力学性能未出现显著的变化。

金相组织观察。在开展金相组织观察检验的时候，工作人员应选取墙再在炉后设置的第一根管道进行取样，对该管道的母材和爆口边缘以及腐蚀坑分别取样，利用4%硝酸酒精溶液对样品进行侵蚀之后，引入leco500金相显微镜观察不同组织位置的组织形貌。总体而言，在常规的金相组织试验观察过程中，墙再管母材和爆口边缘以及管道的腐蚀坑位置所具备的金相组织基础，往往呈现出比较高的一致性，组织上的异常现象也相对较少，管道的珠光体区域完整性比较高，组织中存在的一些碳化物呈粒状分布，整体的晶界碳化物数量情况稍有增多。

扫描电镜检测。在开展扫描电镜检测工作的时候，工作人员需要对腐蚀坑管道进行切割，再利用超声波相关机械，清洁吹干采样管道后，借助扫描电镜对管道腐蚀内壁表面的具体形貌加以观察。扫描电镜检验主要需要对腐蚀内壁表面的SEM形貌进行宏观层面的观察，进而对其中存在的不规则块状腐蚀物进行更进一步的化学组成分析。管内壁腐蚀坑一般是由形状不相同的各类小凹坑共同构成，并且其中存在着不规则的块状腐蚀产物，结合扫描电镜检验和能谱分析能够更加清晰准确地了解腐蚀产物的具体组成元素，主要元素包括铁和氧，其中还混杂着少量的铝、硫、钙、铜、锰等其他元素，基于此腐蚀坑中的相关产物主要为氧化物，并且含有微量硫氧化物及铜氧化物等其他物质。

腐蚀产物垢样。在试验检验过程中，还应对爆管内壁的腐蚀产物进行合理取样，并且利用刮取形式提取产物垢样，进而引入先进的扫描检验设备，如全自动顺序扫描型X射线荧光光谱仪等设备设施，对垢样进行化验分析。在实践过程中采取的构样往往呈黄褐色，经过检验能够比较轻易地得知主要的组成成分是一些不溶物和铁的氧化物，同时混有一些氧化铜和氧化硅等物质，其中三氧化二铁的含量往往近90%。归根结底，在腐蚀产物垢样试验分析过程中，主要利用XRF扫描对相关元素分子加以分析，提炼结果，为后续的爆管原因分析提供有力支持。

3 爆管原因综合分析及防范建议

结合机组日常运行和上述试验分析所得的腐蚀形貌及产物以及组成分析，还有其他检测结果进行综合研究，墙式再热器发生爆管问题与机组日常运行过程中，停运阶段墙再管内部产生的溶解氧电化学腐蚀有着比较密切的关联。追根溯源，在机组设备停运阶段，管道内部的湿度将会有所提升，从而形成冷凝水，随着冷凝水在墙内弯头底部逐渐蓄积，管道内水平段的冷凝水和管道空气，将会在金属表面产生化学反应，由此，管道的金属表面将会遭到腐蚀，长此以往，随着管道内壁受到的腐蚀逐渐严重，墙式再热器的管道内壁出现腐蚀穿孔，进而自然会发生爆管问题。

完善现场检查。在工作实践过程中找准爆管发生原因后，应针对实际的诱发原因设置行之有效的工作优化，建议借此有效提高机组的工作稳定性，为墙式再热器的安全工作提供保障。因此，相关工作人员在日常操作中应注重现场检查，在实践阶段结合具体的保管原因，检测分析结果对现场检查工作进行全面优化，针对性地设置，相应的防腐蚀措施有效防范爆管泄漏问题。与此同时，相关人员还应在日常工作中落实定期的检查及养护，进而有效缓解墙式再热器内部停用腐蚀问题，减少腐蚀情况的发生，从而进一步控制爆管问题。

优化排水方法。由于引发管道内部腐蚀和爆管的根本性原因在于，冷凝水在管道中与空气发生溶解氧电化学反应从而引发腐蚀，所以在实践过程中优化排水系统进一步减少管道内部的冷凝水残留，对于防范爆管同样有着一定的积极作用。以实践操作为例，因为亚临界机组在实际的运行过程中，对于水质的要求相对较高，并且机组整体的复杂程度超乎想象，所以在系统工作过程中将内部冷凝水排净的难度也相对较大，因此在机组设备停用期间工作人员应针对性的设置排水方法，根据溶解氧电化学反应的实际发生条件，利用干燥剂法和固态碱液保护法等避免不恰当的排水方式，根据实际的机组运行情况，合理利用联氨水加氨法或充氮法等方式优化排水方案，改善排水效果。

提高运行规范性。在机组运行阶段操作人员需要根据相关规范要求，提高运行规程的规范性。比如，在实践阶段应注意在汽轮机打闸之后根据实际操作需求进行抽真空操作，在锅炉主燃料跳闸完成后进行严密的设备设施关闭情况检查，完成锅炉放水操作之后需要借助锅炉内部的余热，进一步烘干金属表面以有效避免发生溶解氧电化学腐蚀，在完成停机放水操作之后，如果部分管道还存在冷凝水残留工作人员需要借助试验来确定停炉时间点的放水压力设置，借此从根源上，减少管道内的冷凝水残留，有效避免腐蚀穿孔情况的发生。

加强水汽控制。除了经由冷凝水残留和空气对管道表面造成溶解氧电化学腐蚀之外，管道的金属表面膜液当中存在的氯化物和硫酸盐等物质，同样会使腐蚀情况有所加剧，从而导致爆管问题更加严重。因此，在解决爆管问题阶段，还需要对水汽的具体组成物质和总体品质进行严格把控，在实践阶段有效控制水汽指标，确保相关指标被控制在特定期望值范围内，并结合日常检测设置定期的有机碳指标检测项目，实时检查水汽的指标情况，更加及时地发现隐患问题，避免其他物质加剧腐蚀反应。

4 结语

在当前的锅炉设备使用过程中再热器爆管发生率越来越高，为有效解决这一问题，针对亚临界300MW机组锅炉墙式再热器的爆管问题，进行深入研究并提出有效的设备优化建议较为关键。从业人员在实际工作中，应结合再热器的工作情况和锅炉的具体型号，对机械设备的宏观形貌进行全面检查，进而根据具体的爆管取样化学分析结果和拉伸性能试验以及腐蚀产物供样分析，在了解爆管问题产生的根本原因之后，提出优化现场检查、完善排水工作、提高设备运行规范性等具体的优化建议，可有效避免锅炉工作过程中再热器的爆管问题。