660MW超超临界锅炉高温过热器爆管原因分析

660MW超超临界锅炉高温过热器爆管原因分析

王振克

淮河能源淮南潘集发电有限责任公司  安徽省淮南市   232000

摘要：为了保障660MW超超临界锅炉高温过热器能够长时间处于稳定运转状态，文章针对其爆管原因深入进行研究和分析，在简单探讨长期过热失效机理和暴扣特征的前提下，针对660MW超超临界锅炉高温过热器爆管原因进行分析，并提出了相应的解决对策，为超超临界锅炉高温过热器安全稳定运行提供参考。

关键词：660MW超超临界锅炉；高温过热器；爆管

1、长期过热失效机理及爆口特征

1.1长期过热失效机理

长期过热是指管壁温度长期处于设计温度以上而低于材料的下临界温度（下临界温度是指奥氏体转变的最低温度），超温幅度不大但时间较长，锅炉管子发生碳化物球化，管壁氧化减薄，持久强度下降，蠕变速度加快，使管径均匀涨粗，最后在管子的最薄弱部位发生脆裂的爆管现象。这样，管子的使用寿命便短于设计使用寿命。超温程度越高，寿命越短。在正常状态下，长期超温爆管主要发生在高温过热器的外圈和高温再热器的向火面。

1.2长期过热爆口特征

长期过热爆管的破口形貌，具有蠕变断裂的一般特性。管子破口呈脆性断口特征。爆口粗糙，边缘为不平整的钝边，爆口处管壁厚度减薄不多。管壁发生蠕胀，管径胀粗情况与管子材料有关。高过出口管（炉内）爆口粗糙，边缘为不平整的钝边，爆口处管壁厚度减薄不多，管壁发生蠕胀，符合长期过热爆管的破口形貌。

2、660MW超超临界锅炉高温过热器爆管原因分析

2.1基本情况介绍

我国某电厂使用的660MW超超临界锅炉为直流炉，高温过热器的蛇形管位于锅炉的折焰角上方，顺着炉宽的方向共设置了35片，管排横向间距和纵向间距分别为609.6mm以及57mm。同时，用20根管子并联绕制组成了管屏，与烟气保持一种顺流状态。因为管道所处位置存在明显的差异，其壁厚和材质也存在明显的不同。

2.2爆管原因分析

在直流炉从左往右11屏1#高过出口管子存在爆管泄漏现象，蒸汽流量下降较为明显，同时因为受到管道内蒸气温度升高以及导热两种因素的共同影响，导致大包密封盒的材质较差部位的高过出口管存在超温爆管泄漏问题。在具体调查分析的过程中，由相关人员完成了爆管位置的光谱复核，最终结果显示材料与管道制造材料完全一致。在停止3号机组的运转之后，针对从左往右第11屏的1#高过进口管回路实时通球试验，最终检查结果并未发现任何异常，同时针对机箱开收孔进行检查，同样未发现存在任何异常。在此之后，将高过管样品送到专业检测机构开展金相检测，最终的结果显示只有二级的老化程度，氧化皮厚度平均数值为49μm。由此不难发现，氧化皮脱落带来爆管现象的可能性相对较小。同时，相关人员针对3号机组的检测样品开展化学分析，最终发现高过管口的污垢数量为60g/cm2，在系统整体运行时间6年的情况下，这一检测结果完全正常。在爆管材质完全符合设计要求，污垢量处于正常状况的前提下，出现爆管泄漏现象的管子与同屏及相同材质的管道相比平均温度并非最高。在这种情况下，之所以会出现高过出口管爆管泄漏的现象，是因为异物堵塞。这种现象的存在意味着管内蒸汽流量会明显减少。在爆管开裂之后，管道内的蒸汽流速会有所增加，异物会被蒸汽带走。

3、660MW超超临界锅炉高温过热器爆管问题解决对策

3.1严格控制受热面蒸汽和金属温度，严禁锅炉超温运行

高温过热器出口蒸汽温度不超过574℃，受热面金属温度不超过590℃；屏式过热器出口温度不超过530℃，受热面金属温度不超过600℃；高温再热器出口蒸汽温度不超过574℃，受热面金属温度不超过600℃。由于受热面可能存在较大的热偏差，受热面蒸汽温度的控制要服从金属温度，金属温度超温要视情况降低蒸汽温度运行。运行中发现金属温度超过允许值，通过降低蒸汽温度和运行方式调整以及蒸汽吹灰无效时应降低机组负荷；任何时候不允许蒸汽参数和受热面金属温度长时间超过允许值。

3.2加强受热面的热偏差监视和调整，防止受热面局部长期超温运行

锅炉运行中过热器出口蒸汽温度左右偏差不超过5℃，屏式过热器出口蒸汽温度左右偏差不超过10℃，再热器出口蒸汽温度左右偏差不超过10℃，并且运行中按照温度高点控制蒸汽温度。为防止炉膛热工况扰动造成受热面超温，正常运行中一、二级减温水和再热器烟气挡板应处于可调整的中间位置，再热器事故减温水应处于备用状态。

3.3机组正常运行中受热面温度变化率控制

不断完善热工自动控制系统，对给水、一、二级减温水、再热器温度自动、负荷控制逻辑不断进行改进，减轻系统温度的周期性波动幅度和速率。机组运行中正常升、降负荷速率不超过10MW/min，在300～600MW负荷区间内升、降负荷要维持屏式过热器、高温过热器、再热器出口蒸汽温度额定（屏过出口温度530℃、高过出口571℃、高再出口569℃），如由于升降负荷的扰动造成上述温度的波动率超过5℃/min，要适当降低机组的升、降负荷速率或暂停升降负荷，待温度调整稳定后继续进行负荷变动操作。

3.4机组事故停机温度变化率控制

机组由于故障紧急停机，炉膛通风10min后立即停止送、引风机运行并关闭送风机出口和引风机进、出口挡板进行闷炉4h以上，防止受热面温度快速降低。如紧急停炉后需要对锅炉进行冷却，要控制高温过热器、屏式过热器、高温再热器出口蒸汽温度和上述受热面金属温度降温速率不超过3℃/min，主、再热降压速率不大于0.3MPa/min；降压结束后水冷壁上水控制启动分离器温度降低速率不高于3℃/min；启动分离器储水箱见水后方可启动烟风系统进行通风冷却；通风冷却时根据环境温度控制风机的出力，调整冷段过热器和冷段再热器入口烟气温度的降低速率不高于3℃/min。

3.5机组冷态启动过程中温度变化率控制

机组冷态启动过程中严格按照机组升温控制曲线控制蒸汽温度。在机组冷态启动过程中机组并列前的温升速率控制不高于3℃/min，机组并列后的升速率控制不高于2℃/min。锅炉启动中确保燃油燃烧完全，投粉均匀缓慢，汽温不发生突变，并尽量控制在蒸汽流量小于100t/h时不投粉，在单进双出方式下运行的制粉系统尽量控制两侧均匀出粉。

3.6机组热态启动过程中温度变化率控制

机组在冷态启动过程中严格按照不同热状态的升温控制曲线控制蒸汽温度。在热态启动过程中，为防止受热面金属温度降低，锅炉的烟风系统要与其他系统同步启动。烟风系统启动后炉膛通风控制总风量为35%，在炉膛通风5min结束立即点火，点火后要尽快投入燃料量，控制屏过、高过、高再的温升速率为（5～6）℃/min，防止受热面金属温度降低。

总结

以目前的660MW超超临界锅炉高温过热器运转看来，氧化皮脱落、异物堵塞等都是诱发爆管现象的主要原因。相关单位需要在全方位理解长期过热失效机理以及具体爆口特征的前提下，对受热面蒸汽和金属温度全方位进行管控，避免锅炉在运转过程中长时间处于高负荷温度运行状态。同时，要安排专业人员针对受热面的偏差数值全方位进行监视以及调整，配合受热面温度变化率以及机组事故停机温度变化率等多方面的控制，降低高温过热器爆管现象的发生概率，以此提高整体系统运行的安全性。

参考文献

[1]国家能源局．火力发电厂金属材料选用导则：DL/T715—2015［S］．北京：中国电力出版社，2015．

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[3]龚凌诸．超临界锅炉过热器爆管分析［J］．中国特种设备安全，2007，23(3):29－31．