超临界锅炉高温再热器氧化皮脱落原因分析及处理措施韩建林

超临界锅炉高温再热器氧化皮脱落原因分析及处理措施韩建林

韩建林

（河北西柏坡发电有限责任公司河北石家庄050400）

摘要：针对河北西柏坡第二发电有限责任公司600MW超临界锅炉高温再热器氧化皮脱落引发的爆管问题，从设备结构及氧化皮的生成机理进行分析，提出了高再最内圈下弯头改造，运行期间严格控制升降符合速率及壁温，检修期间定期检测清理氧化皮等措施，为超临界机组安全稳定运行提供了参考依据。

关键词：超临界锅炉；高温再热器；氧化皮；爆管

1引言

河北西柏坡第二发电有限责任公司#5、#6锅炉为北京巴布科克•威尔科克斯（B&WB）有限公司设计制造的B&WB—1950/25.41—M型、超临界参数、螺旋炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、露天布置的∏型锅炉，锅炉配有带循环泵的内置式启动系统。#5、#6炉分别于2006年8月19日和11月20日投入运行，自2011年开始，两台锅炉相继多次发生高温再热器氧化皮脱落导致超温爆管事故，严重影响机组运行可靠性。

2高温再热器系统结构简介

锅炉再热器由低温再热器和高温再热器构成。再热器出口汽温569℃，再热蒸汽温度调节以烟气分流挡板调整为主，并设有事故喷水减温装置，事故喷水减温器布置在低再出口与高再进口之间的交叉管道上，喷水取自给水泵的中间抽头。

高温再热器出口垂直管组由φ51×4mm（第6根下弯头规格为φ51×7mm，弯曲半径R=51）的TP347H和SA213T91钢管组成，横向节距225mm，沿炉宽方向共有97片，12管圈并绕，分前后两部分。每片前后两部分共20个弯头（每片16个90°弯头、2个R=51的180°弯头、2个180°U型弯头），总计1940个弯头。

高温再热器管组示意图、管子规格材质见图1。

从图4、图5看出，180°弯头氧化皮极易堆积此处，造成堵塞导致超温爆管。针对氧化皮堵塞问题，我厂委托湘潭宏通发电子科技有限公司采用内壁氧化皮检测专用仪器对1940个弯头逐一进行检查，共查出86个180°弯头氧化皮超标，割除清理后恢复。

4产生氧化皮机理分析

巴威公司设计高再出口管组材质为TP347H耐热不锈钢和SA213T91耐热钢。据文献介绍以及较早使用TP347H材质的超临界锅炉运行经验来看，该材料在高温水蒸汽（大于570℃）的环境中，氧化显著加速，在管子内壁形成氧化层[1]。TP347H钢材料在高温蒸汽环境下，水分子中的氧与金属元素反应，称为蒸汽氧化，生成的氧化层。在570℃以下，生成的氧化层是由Fe3O4、Fe2O3组成，Fe3O4、Fe2O3是致密的，可以防止金属进一步氧化。但在570℃以上时，水分子中的氧与金属元素（Fe）的反应速率会成倍增加，形成以FeO为主的氧化层。

图6高温再热器最内圈弯头结构改进示意图

5氧化皮脱落导致爆管原因分析

随着锅炉的启停、升降负荷及其他异常状况导致金属温度大幅变化的过程中，由于氧化皮的热膨胀系数与基体材料的热膨胀系数不同，加上以FeO为主的氧化层稳定性差，氧化皮易脱落[2]。当壁温出现较大变化时这种氧化皮将会脱落，脱落的氧化皮堆积在下弯头处，致使通过管子的蒸汽流量逐渐减少甚至堵塞，管壁换热能力降低而使管壁超温，引发过热爆管。

6防止高温再热器爆管的措施

6.1高温再热器最内圈小弯头改造

针对高温再热器最内圈的第6弯头（180°）最易堵塞进行头结构上进行改进，将180º的弯头改为两个90º的弯头。如图下图所示：

改进后的结构介质通流面积增大，并且弯头规格由原∮51×7（mm）改为∮51×4.5（mm），很大程度上减缓了氧化皮堵塞导致爆管这一问题。

6.2机组运行期间防范措施

严格执行运行规程，控制机组的启、停和升降负荷速率，严禁超温运行[3]；严格对管壁温测点及温度定值的监督分析。

a.运行机组应有效控制受热面管内壁金属温度，任何工况下各管内壁金属温度确保低于抗氧化许用温度。现有壁温测点安装在炉外的电厂，炉外壁温测点报警值应按照低于抗氧化许用温度20～40℃设定和控制。

b.氧化皮现象较严重或可能产生氧化皮的锅炉，应严格控制停炉速度。瞬时温降速度最高不宜超过1℃/min。严格控制机组非计划停运，减少不必要的调峰备用等停机，机组若发生非计划停运，不允许进行强制冷却，应采用闷炉处理（约72小时）。

c.适当加装炉内管壁金属温度测点，以便更有效地监测和控制炉内管壁的实际金属温度不超过上述温度范围。提高机组自动控制水平，避免人工操作造成温度的波动。

d.加强存在氧化皮问题机组的运行调整、燃烧调整，确保受热面金属壁温水平和偏差在允许范围内。注意一次风粉均匀性、炉内空气动力场均衡、锅炉水动力稳定、汽温控制品质、受热面积灰结渣结焦等方面问题的控制。

e.严格控制水汽品质达到水汽质量标准的要求。

6.3机组检修期间的防范措施

a.氧化皮的检查

新投运锅炉要在第一次检修时进行割管检查内壁氧化情况，对已发生过氧化物剥落的机组，均应利用检修机会对不锈钢管（包括弯头及水平段）进行氧化物全面检查。检测可采用磁性测量法、射线透照法、割管检查、管外观及胀粗测量相结合方式。

b.氧化皮的清理

计划检修机组停机可适当采用快速停炉方式，以促使氧化皮脱落并在检修中全面清除。

氧化层堆积情况严重时必须采取割管法处理，机组启动时可根据旁路容量配置合理采用蒸汽吹扫。注意小旁路由于质量流量小以及温度变化，难于吹扫干净大量脱落的氧化皮，且易造成管壁上氧化皮的脱落。

氧化皮堆积情况较轻时可采用蒸汽吹扫方式处理。

c.氧化皮的监督

计划检修或受热面爆管处理，应针对受热面进行选择性割管以分析氧化皮状态（壁厚、成分），对金属温度、氧化皮产生速率、氧化皮成分厚度等进行综合分析并报公司。

d.测温元件的校验

应利用检修机会重点检查、校验高热负荷区域的测温元件、温度测点及其误差。

7结束语

通过对氧化皮生成机理及爆管原因分析，我们从设备结构、运行和检修角度提出了若干防止高温再热器爆管的措施，我公司在2014年9月和2015年3月利用机组检修的机会，分别对#5、#6锅炉高温再热器最内圈弯头进行了改造，从目前锅炉运行情况看，汽水循环、再热温度、壁温、等均在改造设计允许的范围内。机组投运高再管组未发生过泄漏事故，也为其他超临界机组的安全稳定运行提供了重要的参考依据。

参考文献

[1]岑可法，周昊，池作和.大型电站锅炉安全及优化运行技术[M].北京：中国电力出版社,2003.

[2]银龙，宋寿春，毕法森，等.超临界机组氧化皮的产生与防范[J].电力设备，2006,7（10）：33-36.

[3]何诚，杨守伟，樊旭.超临界锅炉高温过热器氧化皮脱落导致爆管的原因分析及对策.河北电力技术，2010,5（29）：29-30.

作者简介：韩建林（1974.03-），男，工程师，本科学历，2001年毕业于华北电力大学热动专业，目前在河北西柏坡发电有限责任公司从事锅炉检修技术管理工作。