浅析660WM超临界锅炉过热器管爆管原因及对策

田雄

摘要：在役锅炉中超临界锅炉日益增多，为了研究过热器爆管的原因，对1台660WM超临界锅炉高温过然器爆管上游管和相关管样的内壁氧化物的宏观形态、微观结构、脱落氧化皮的微观结构、物相等进行了分析。结果表明：由于该钢管内壁氧化皮脱落堆积 ，管内蒸汽流通面积减小，造成了钢管过热，从而引起了钢管在薄弱区域爆裂失效。

关键词：超临界锅炉;过热器;氧化皮脱落

某发电厂2×660MW超临界烟煤锅炉。该锅炉为一次中间再热、超临界压力变压运行大气扩容式启动系统的直流锅炉、单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、紧身封闭布置的π型锅炉。2015年投入运行，2016年5月28日机组负荷590MW，#3机组运行监盘人员发现炉管泄漏声光报警，炉管泄漏仪26点声音异常。经就地检查后确认在折焰角上方靠近炉右烟温探针处有明显受热面泄漏声，初步判断为高温再热器发生泄漏。

一、过热器爆管的根本原因：

造成管壁失效爆管的原因主要有以下几种：

过热失效是材料在一定时间内的温度和应力作用而出现的失效形式。它主要发生在受热面管道上。过热主要是针对材料的金相组织和机械性能的效果而言。过热是锅炉超温运行的结果，超温是过热的原因。 过热失效一般分为长期过热和短期过热，主要表现形式是锅炉管子发生爆破。

1.1长期过热

长期过热一般超温幅度不大，过程缓慢，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，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，使管径均匀胀粗，最后在管子的最薄弱部位导致脆裂的爆管现象。在正常状态下，长期超温爆管主要发生在高温过热器的外圏和高温再热器的向火面。在不正常运行状态下，低温过热器、低温再热器的向火面均可能发生长期超温爆管。

1.2短期过热

短期过热一般发生在水冷壁管上，当管壁温度超过材料的下临界温度时，材料强度明显下降。在内压力作用下，发生胀粗和爆管现象。

1.3.1高温腐蚀

燃料中含有V2O5、Na2O、SO3 等低熔点氧化物，在高温下，它们与管子发生化学反应产生新的氧化物，这些低熔点氧化物又会与金属表面新生成的氧化物进一步发生化学反应，生成结构松散的钒酸盐。沿着受热面管道局部区域渗入管子内部，造成高温腐蚀。

1.3.2低温腐蚀

如果温度较高、含有SO2、SO3和CO2的烟气，当遇到温度低于烟气露点的部件时，部件表面凝结的水膜与SO2、SO3和CO2会结合形成酸性溶液，导致受热面发生低温腐蚀。

1.4.1高周疲劳断裂

高周疲劳一般寿命较长，断裂时没有塑性变形，一般也称应力疲劳。高周疲劳一般具有穿晶特征，在裂纹金相试样上，裂纹呈波动状，裂纹中间没有腐蚀介质和腐蚀产物，裂纹尖端往往较尖锐，疲劳条纹间距小。

1.4.2低周疲劳断裂

低周疲劳一般寿命较短，断裂时长伴随应变的发生，故也称应变疲劳。断口较为粗糙，断口周围往往有残余宏观变形。断口仍具有逐渐扩展区和瞬时破断区的特征，逐渐扩展区的“海滩”标志部明显或消失。

二、爆管原因分析

泄漏管在爆管发生前其破口附近管壁温度已经超过620度，远远超出了正常运行温度。另外破口的具体形貌，从現场高温再热器管泄漏情况看，爆口泄漏点为轴向裂开，破口断面粗糙，边缘呈钝边，符合中长期超温爆口特征，结合该段管子平均硬度有所降低的情况，分析爆口管段内部长期冷却不足造成管子超温，局部蒸汽流动不畅，管子金相组织发生变化，蠕变速度加快，持久强度逐渐降低，最终发生爆口泄漏，爆口为粗糙的脆性断口，爆口较小，边缘粗钝，管径胀粗这属于比较典型的长期超温爆管。

三、分析与改进措施

3.1分析

（1）在高温下，高温蒸汽管内的铁会跟水蒸汽起反应，当温度在560 - 570℃以下时，内壁氧化膜比较致密，可以保护钢材进一步氧化，但当管壁内温度达到560 -570℃以上时，生成的氧化物结构较为疏松。特别是在压力波动较大时.氧化皮的生成速度就会加快。在机组启停过程中，管子的温度变化幅度最大，管内氧化皮最容易剥落。特别是紧急停炉时，由于炉膛温度快速冷却，壁温下降很快，很容易造成氧化皮剥落。在启动初期时。蒸汽流域较小，不能迅速地将剥落的氧化皮带走，等到大流量时，已经在管径较小的弯头处形成堵塞，就会产生超温。此外，喷水减温导致壁温的明显变化也是导致氧化皮脱落的一个重要原因。?

3.2改进措施

（1）确保锅炉用水的水质，运行中使水质符合标准，严格控制含氧量，并定期检査。?

（2）在维修期间对管内壁进行冲刷清洗，除去管内的沉淀物，防止堵塞。?

（3）严格控制锅炉升降负荷速度，减小管壁温度变化的速率。

（4）低负荷阶段尽量不投入二级减温水的使用。

四、结论与建议

（1）管内壁氧化皮脱落堆积造成了过热，加上钢管材料在高温、高压条件下长期服役，使其组织变化，强度下降，从而在钢管的薄弱区域发生了爆裂。?

（2）建议相关部门根据电厂的实际情况总结经验，加强对机组运行的监控，特别是加强锅炉受热面“四管”区域的巡检，及时发现泄漏情况，采取相应措施，避免吹损周边管子造成损失扩大和增大检修工作量。

（3）制定防止钢管内壁氧化皮脱落的相关措施，防止氧化皮脱落堵塞引起爆管，同时在下次检修期间要对受热管内壁氧化皮的厚度进行测量和监测，并作好记录。

参考文献

[1]张杰.金相物理检测报吿（检字第J2OO8O128号）[R].湖 北省冶金产品质量监督检验站，2008.

[2]赵彦芬 . 高温过热器 T91 ， T22 管爆管分析 [J ]. 热力发电 ，2004 （ 11 ） ：61264.

[3]陈吉刚，良风，丁玉华，等.锅炉管的失效和防止搆施 （一）[J].热力发电，1992（ 1）.

[4]陈吉刚，良风，丁玉华，等.锅炉管的失效和防止搆施 （二）[J].热力发电，1992（ 2）.

[5]陈吉刚，良风，丁玉华，等.锅炉管的失效和防止搆施 （三）[J].热力发电，1992（ 3）.

（苏晋塔山发电有限公司 山西 大同 037000）