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《鍋爐技術(shù)雜志》2016年第5期

摘要：

超（超）臨界機(jī)組鍋爐高溫爐管內(nèi)壁氧化皮剝落堵塞引起的過熱爆管是近幾年來困擾機(jī)組安全運(yùn)行的突出問題之一。在對兩起爆管事件進(jìn)行失效分析過程發(fā)現(xiàn)，鍋爐啟動過程因減溫水投用不當(dāng)會大大促進(jìn)氧化皮的集中剝落。通過列舉兩起爆管案例，查閱了減溫水投用記錄，進(jìn)一步分析表明氧化皮的集中剝落與減溫水投用不當(dāng)有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。針對減溫水引發(fā)的過熱爆管提出的防范措施可供生產(chǎn)實踐借鑒。

關(guān)鍵詞：

超臨界鍋爐；減溫水；氧化皮剝落；分析與防范

0前言

超（超）臨界機(jī)組鍋爐高溫爐管內(nèi)壁氧化皮剝落后在彎頭底部沉積而引起的超溫乃至過熱爆管問題是近幾年來困擾其安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要問題之一。而氧化皮集中剝落并沉積現(xiàn)象常發(fā)生在鍋爐啟動、低負(fù)荷、RB試驗等工況下，其主要原因是溫度變化速率快，加上氧化皮與管材的線膨脹系數(shù)差異大，導(dǎo)致脆性氧化皮層產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。溫度變化速率快的原因主要有兩方面：一是運(yùn)行控制方面追求快速升降負(fù)荷；二是由于減溫水投用不當(dāng)。從我們分析過的過熱爆管案例情況看，由于減溫水投用不當(dāng)引發(fā)氧化皮集中剝落的問題表現(xiàn)得更加突出，需要引起大家的高度重視并切實加以防范。眾所周知，超臨界鍋爐的過熱器噴水減溫只能作為汽溫微調(diào)，否則會引起前面的受熱面，尤其是水冷壁的工質(zhì)流量減少而發(fā)生超溫，另外會加劇對聯(lián)箱和過熱器管子的熱疲勞損傷［1］。當(dāng)前超（超）臨界燃煤鍋爐，啟動時普遍采用微油（或等離子）點(diǎn)火技術(shù)，其節(jié)能效果是非常明顯的，但同時也容易帶來的負(fù)面效應(yīng)：引起鍋爐啟動過程煙氣溫度上升過快。有資料表明，某600MW亞臨界鍋爐采用微油（等離子）啟動方式與采用油槍啟動方式相比，初期爐膛出口煙溫變化率相差10倍［2］。而這一階段高溫受熱面管內(nèi)蒸汽流量較少，造成蒸汽和管壁溫度均不易控制，運(yùn)行人員傾向于采取過早投用減溫水的措施。另外，在RB試驗等特殊工況下，如果減溫水仍然在自動響應(yīng)的方式下投用，就會跟隨負(fù)荷的擾動，水量出現(xiàn)大起大落現(xiàn)象。減溫水投用不當(dāng)會導(dǎo)致管內(nèi)蒸汽溫度出現(xiàn)劇烈波動，促使氧化皮集中剝落，引起超溫乃至過熱爆管。

1爆管案例分析

1．1某600MW超臨界鍋爐爐末級過熱器68－1管過熱爆管

型號為B＆WB－1903／25．40－M的“П”型鍋爐在調(diào)停后于2014年2月9日開始啟動點(diǎn)火，2月10日中午發(fā)現(xiàn)鍋爐泄漏，后通過檢查發(fā)現(xiàn)末級過熱器68－1（左數(shù)第68屏，前數(shù)第1根；規(guī)格：42mm×6．5mm，材料：T91）管向火面發(fā)生爆泄。其爆口處已經(jīng)斷裂，上半部分爆口已展開，下半部分呈喇叭狀，如圖1和圖2所示。爆口邊緣的管壁已明顯減薄，且有細(xì)小的蠕脹裂紋，爆口下方管子脹粗明顯，脹粗量達(dá)到9．5％，系過熱引起爆管。過熱原因分析：通過了解調(diào)停的檢修情況和分析減溫器的布置情況，排除了水塞引起過熱爆管的可能性；通過對管子和集箱端口的內(nèi)窺鏡檢查，也未發(fā)現(xiàn)有塊狀異物堵塞或遮擋情況。我們通過對運(yùn)行參數(shù)的仔細(xì)分析以及氧化皮的沉積情況推測，本次爆管是由于啟動過程中過早地投用過熱器三級減溫水，引起末級過熱器進(jìn)口蒸汽溫度急劇變化，從而導(dǎo)致氧化皮大量剝落堆積并引起過熱爆管。圖3為爆管發(fā)生前后，鍋爐啟動過程至停爐過程的負(fù)荷、蒸汽溫度和三級減溫水的記錄曲線。可以看出，在機(jī)組還沒有帶負(fù)荷運(yùn)行的時候，過熱器三級減溫水就有少量的投用，在并網(wǎng)升負(fù)荷初期，減溫水量明顯加大（達(dá)到了7～18t／h），而對應(yīng)的末級過熱器進(jìn)口蒸汽溫度出現(xiàn)急劇變化（最大幅度超過90℃）。在啟動升負(fù)荷階段是氧化皮剝落的危險期，蒸汽溫度的變化進(jìn)一步促進(jìn)了內(nèi)壁氧化皮的集中剝落。由于末級過熱器的通徑小，容易在U型彎部位發(fā)生堆積，并引發(fā)過熱爆管。經(jīng)檢查，該管彎頭底部仍然有少量的氧化皮沉積，大部分氧化皮已被泄漏的蒸汽攜帶出去。

1．2某600MW超臨界鍋爐末級過熱器62－8管過熱爆管

型號為SG－1913／25．4－M956的“П”型鍋爐于2012年11月5日中期檢修結(jié)束后開始點(diǎn)火啟動，于11月10日完成RB試驗，11月11日凌晨發(fā)現(xiàn)泄漏；后通過檢查發(fā)現(xiàn)系末級過熱器編號62－8（左數(shù)第62屏，前數(shù)第8根）管爐前側(cè)發(fā)生過熱爆管（材料為T91）。末級過熱器管圈呈雙U形布置，爐后側(cè)為進(jìn)口管組（材料為T23），爐前側(cè)為出口管組。爆口呈魚嘴狀，邊緣減薄明顯且布滿了蠕脹裂紋，爆口處脹粗量超過20％，呈典型的過熱爆管特征，見圖4。對整個管圈進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)進(jìn)口側(cè)的U形彎底部被氧化皮堵塞，取出后的氧化皮見圖5。氧化皮剝落原因分析：（1）汽溫波動：在機(jī)組RB試驗過程，減溫水處于自動方式下運(yùn)行，隨著負(fù)荷的擾動，減溫水調(diào)門開度在20％～80％之間頻繁波動，導(dǎo)致末級過熱器進(jìn)口和出口蒸汽溫度均發(fā)生較大幅度的波動，進(jìn)口側(cè)波動幅度超過100℃，出口側(cè)超過60℃，且變化速率快。（2）管屏位置：第62管屏布置在減溫水連通管下方，且8號管從進(jìn)口集箱比較下面的位置引出，因此最容易受減溫水的沖擊而產(chǎn)生溫度急劇變化，從而導(dǎo)致氧化皮的集中剝落，見圖6。

2防范措施

從這兩起爆管案例的分析情況看，氧化皮的集中剝落與減溫水的投用方式有著直接的關(guān)聯(lián)性，需要運(yùn)行操作方面引起高度重視，并采取切實可行的防范措施。以下是我們通過分析當(dāng)前超臨界鍋爐比較普遍的運(yùn)行狀況而提出的防范措施，供生產(chǎn)實踐參考和借鑒。

2．1加強(qiáng)啟動初期的汽溫控制

由于目前超臨界鍋爐點(diǎn)火普遍采用微油或等離子點(diǎn)火這一節(jié)能技術(shù)，但其負(fù)面效應(yīng)是容易引起機(jī)組啟動過程中煙氣溫度上升過快，而高溫受熱面管內(nèi)蒸汽流量較低，造成管壁溫度不易控制，在啟動初期或低負(fù)荷階段，易造成過早投用減溫水。建議加強(qiáng)啟動過程高溫過熱器壁溫和汽溫控制策略的摸索和研究，如，盡可能提高鍋爐給水溫度、一次風(fēng)溫度；超（超）臨界鍋爐做好分離器疏水水位控制及給水流量控制；汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前可通過加大疏水和啟動旁路開度，以增加啟動過程管內(nèi)的蒸汽流量，加強(qiáng)受熱面的冷卻；沖轉(zhuǎn)后可通過調(diào)整鍋爐燃燒率，合理配風(fēng)等手段進(jìn)行汽溫調(diào)節(jié)，而不是完全依靠噴水減溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。必要時，在啟動階段投油助燃［3］。

2．2特殊工況下減溫水控制

在低負(fù)荷、RB試驗等特殊工況下，應(yīng)根據(jù)試驗情況，優(yōu)化RB工況下的減溫水控制方式必要時應(yīng)采用手動控制，盡量避免減溫水量的劇烈變化，使得壁溫大幅度波動，促使氧化皮集中剝落。

2．3一、二級過熱器減溫水投用策略

起停爐及低負(fù)荷時，盡量少用噴水減溫這一調(diào)節(jié)手段。在不得不依靠過熱器減溫水來調(diào)節(jié)蒸汽溫度時，優(yōu)先投用一級減溫水，盡量不用（或少用）過熱器二級減溫水。

2．4加強(qiáng)壁溫監(jiān)控

建議對布置在連通管管口下方的高溫過熱器管屏（3～5屏）全部加裝壁溫測點(diǎn)，并加強(qiáng)啟停過程的壁溫監(jiān)控。

3結(jié)語

從本文列舉的兩起失效案例的分析可以看出，超臨界鍋爐高溫過熱器氧化皮集中剝落，不僅僅是材料、壁溫或加氧等方面的問題，啟動、RB試驗等工況下因減溫水投用不當(dāng)，也會大大促進(jìn)氧化皮的集中剝落，并引發(fā)過熱爆管事件。針對目前超臨界鍋爐采用微油或等離子點(diǎn)火這一節(jié)能技術(shù)，為防止過早過量地投用減溫水，運(yùn)行方面需采取有效的應(yīng)對措施。針對RB試驗工況下的減溫水控制，建議采取手動干擾方式，使減溫水盡量平穩(wěn)地投用。同時，要維護(hù)好噴水減溫裝置，確保良好的霧化，并加強(qiáng)壁溫的監(jiān)視，以有效防范氧化皮的集中剝落。

參考文獻(xiàn)：

［1］樊泉桂．超臨界鍋爐中間點(diǎn)溫度控制問題分析［J］．鍋爐技術(shù)，2005（6）：1－4．

［2］高鵬．國產(chǎn)亞臨界機(jī)組600MW鍋爐氧化皮問題分析［J］．鍋爐技術(shù)，2013（6）：52－54．

［3］李英，高增，侯君明，等．超臨界鍋爐過熱器氧化皮形成和剝落機(jī)理分析及預(yù)防措施［J］．熱力發(fā)電，2007（11）：77－80．

作者:許好好 童紅政 李復(fù)明 趙寧寧 單位:浙江浙能技術(shù)研究院 浙江浙能電力開發(fā)有限公司