分隔屏過熱器爆管分析及處理

1、分隔屏過熱器爆管分析及處理翟德雙（田集發(fā)電廠232098）摘要：分析田集發(fā)電廠1號鍋爐分隔屏過熱器超溫爆管的原因，介紹所采取的針對性運(yùn)行調(diào)整措施及實(shí)施結(jié)果。關(guān)鍵詞：超臨界；直流鍋爐；分隔屏過熱器；爆管；原因分析1 概述田集發(fā)電廠一期工程裝有2臺600MW超臨界燃煤機(jī)組，2臺機(jī)組分別于2007年7月26日和10月15日投產(chǎn)。該機(jī)組鍋爐為超臨界壓力螺旋管圈直流爐，爐膛四角布置直流式噴燃器，配置6臺中速磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)，鍋爐采用等離子方式點(diǎn)火（四角A層布置），啟動(dòng)系統(tǒng)采用容量為30%BMCR的不帶循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)，汽輪機(jī)設(shè)高低壓兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)，旁路容量為35%BMCR。2 鍋爐爆管經(jīng)過2

2、007年5月30日，機(jī)組首次整套啟動(dòng)，順利進(jìn)行鍋爐點(diǎn)火、汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，機(jī)組帶10%初始負(fù)荷4小時(shí)進(jìn)行暖機(jī)，機(jī)組與系統(tǒng)解列后，做汽輪機(jī)超速試驗(yàn)，做汽機(jī)主汽門及調(diào)速汽門嚴(yán)密性試驗(yàn)。 2007年5月31日，機(jī)組再次啟動(dòng)， 6月1日1時(shí)53分發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，逐漸加負(fù)荷，14時(shí)22分向調(diào)度申請機(jī)組加負(fù)荷,進(jìn)行鍋爐安全門校驗(yàn), 17時(shí)30分左右，鍋爐轉(zhuǎn)干態(tài)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)機(jī)組補(bǔ)給水量異常，各系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯異常情況，在對給水和疏放水系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查和隔離后，機(jī)組補(bǔ)給水量有所下降，于是按計(jì)劃帶負(fù)荷進(jìn)行鍋爐安全門校驗(yàn)，23時(shí)20分發(fā)現(xiàn)撈渣機(jī)卡澀現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有疑似受熱面鋼管。即向調(diào)度申請停爐，當(dāng)時(shí)機(jī)

3、組負(fù)荷330MW，分離器壓力22MPa，過熱器出口溫度正常，給水量860920t，燃煤量178t。確定鍋爐爆管，經(jīng)調(diào)度同意，于6月2日1時(shí)42分鍋爐停爐。3 爆管檢查及分析3.1 爆管情況檢查和試驗(yàn)（1）停爐后進(jìn)入爐膛檢查發(fā)現(xiàn)分隔屏過熱器爆管斷裂，部分管屏及定位管變形嚴(yán)重。（2）光譜分析檢查：分隔屏管進(jìn)口段材質(zhì)為T12，出口段材質(zhì)為T23，下部外三圈為T91，T91與T12間用T23短管過渡，通過對現(xiàn)場管光譜分析檢查，材質(zhì)與設(shè)計(jì)圖紙相符。（3）硬度檢查：對爆管管子和現(xiàn)場管子進(jìn)行硬度檢查，T91管子HB基本在170左右，T23管子HB基本在140150左右，T12管子HB基本在120130左右，

4、參考ASTM SA213標(biāo)準(zhǔn)，T12管子的硬度標(biāo)準(zhǔn)是不超過163HB，T23管子的硬度標(biāo)準(zhǔn)是不超過220HB，T91管子的硬度標(biāo)準(zhǔn)是不超過250HB。從硬度檢查上看,T91、T23、T12管子存在硬度梯度，數(shù)值符合ASTM SA213標(biāo)準(zhǔn)要求。（4）金相組織檢查：在現(xiàn)場分別對T12、T23、T91三種材質(zhì)管子進(jìn)行金相取樣分析，T12、T91鋼金相組織未發(fā)生明顯變化，晶粒度、組織都基本正常，未發(fā)現(xiàn)組織有球化現(xiàn)象。但爆破的T23管子爆口側(cè)組織呈條形，碳化物嚴(yán)重球化并聚集長大，晶界呈鏈狀；爆口背面組織也嚴(yán)重球化并聚集長大，晶界呈鏈狀。3.2 分隔屏過熱器爆管原因分隔屏過熱器材質(zhì)主要有SA-213 T

5、12、T23 和T91，分別適用于540、580，650工況下運(yùn)行，（額定工況下分隔屏過熱器出口蒸汽溫度為482，管壁溫度為532），機(jī)組啟動(dòng)期間，由于分隔屏過熱器較長時(shí)間超過其額定溫度運(yùn)行，受熱面過熱，個(gè)別時(shí)段甚至超過管材金屬的最高使用溫度，使管材金屬內(nèi)部組織發(fā)生變化，許用應(yīng)力下降，管子在內(nèi)應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形，最后導(dǎo)致超溫爆管。（1）爆口分析對上圖爆破管觀察分析，該管子材質(zhì)為T23，從管子上的爆口來看，爆口長度約130mm，寬度約50mm。破口處張開很大，呈喇叭狀。破口邊緣銳利，減薄較多，破口斷裂面較為光滑，呈撕裂狀，破口附近管子有一定的脹粗，破口內(nèi)壁由于爆管時(shí)管內(nèi)汽流急速?zèng)_擊而顯得較光

6、潔。管子外壁呈藍(lán)黑色，破口附近并沒有平行于破口的軸向裂紋。從這些情況可以看出，管子由于在短期內(nèi)即被過熱到較高的溫度，其強(qiáng)度產(chǎn)生了明顯下降，但此時(shí)管子在高溫下有較好的韌性，在內(nèi)部介質(zhì)壓力的作用下，管子隨之產(chǎn)生了較大的塑性變形，管徑脹大，管壁開始減薄，當(dāng)管子厚度滿足不了強(qiáng)度的要求時(shí)，就產(chǎn)生了爆破。通常情況下，管子的周向應(yīng)力都是遠(yuǎn)大于軸向應(yīng)力的，所以管子爆口張開較大。（2）對T23管在不同溫度下的最小壁厚計(jì)算分析T23材料在不同溫度下對應(yīng)的許用應(yīng)力參考值如下：溫度()20100300400450500525550575600625650許用應(yīng)力（MPa）12812812512411711110587

7、71563825從上表中可以看出, T23材質(zhì)在525以下時(shí),許用應(yīng)力變化不大,超過550時(shí),許用應(yīng)力下降較快。不同溫度下管子理論壁厚計(jì)算公式（不考慮彎管和氧化等其它因素）S=PD0/（2+2Yp）S：管子理論計(jì)算壁厚（mm）P：設(shè)計(jì)壓力（MPa）D0：管子外徑（mm）：相應(yīng)溫度下的許用應(yīng)力（MPa）：許用應(yīng)力修正系數(shù)，直管取1Y：溫度修正系數(shù)，530以上取0.7根據(jù)以上公式計(jì)算，對應(yīng)T23管子外徑為41.3 mm，計(jì)算不同溫度和壓力下管子的最小壁厚值如下：分隔屏出口管壁溫度（）壓力（MPa）許用應(yīng)力（MPa）管子理論壁厚S（mm）53025.4954.6555025.4875.0600225

8、66.3662522388.5164022319.79以上計(jì)算結(jié)果可以得知，在當(dāng)時(shí)的運(yùn)行工況下，蒸汽壓力為22MPa時(shí)，當(dāng)管壁溫度超過600時(shí)，管子計(jì)算的最小壁厚（6.36mm）已超出了原管子設(shè)計(jì)的壁厚（5.59mm），當(dāng)管壁溫度達(dá)到625和640時(shí)，其最小壁厚要求遠(yuǎn)大于管子的設(shè)計(jì)壁厚。本次分隔屏過熱器爆管，損壞嚴(yán)重的是T23材質(zhì)的管子。是由于運(yùn)行中管子溫度超過了設(shè)計(jì)使用溫度較多造成的爆管。雖然管壁超溫沒有引起組織發(fā)生相變，但其組織已完全球化，晶界呈鏈狀，強(qiáng)度大幅下降，滿足不了介質(zhì)運(yùn)行工況要求，于是在管子上最薄弱的環(huán)節(jié)發(fā)生了爆管。4 超溫原因分析4.1 運(yùn)行參數(shù)檢查（1）因溫度顯示偏差，運(yùn)行未

9、及時(shí)發(fā)現(xiàn)管壁超溫，通過對歷史數(shù)據(jù)的查詢，分隔屏過熱器管壁溫度以下兩個(gè)時(shí)段出現(xiàn)過超溫報(bào)警現(xiàn)象： 5月31日1時(shí)56到3時(shí)06分，分隔屏過熱器管壁溫度達(dá)580以上，最高點(diǎn)達(dá)602。期間機(jī)組負(fù)荷60MW左右，鍋爐A、B磨、等離子方式運(yùn)行，燃煤量70t/h左右，汽機(jī)高壓旁路調(diào)整門處于全關(guān)狀態(tài)。5月31日8時(shí)38分到11時(shí)10分，分隔屏過熱器管壁溫度達(dá)580以上，9時(shí)27分，管壁溫度達(dá)600以上，最高點(diǎn)達(dá)638，11時(shí)05分，管壁溫度達(dá)600以上，最高點(diǎn)達(dá)650。期間機(jī)組負(fù)荷為零，鍋爐A、B磨、等離子方式運(yùn)行，燃煤量70t/h左右，汽機(jī)主汽門及調(diào)速汽門嚴(yán)密性試驗(yàn)，汽機(jī)高壓旁路調(diào)整門開度保持在30%左右。

10、（2）減溫水量使用過大，總量最高達(dá)120 t/h以上。減溫水的使用使得后屏過熱器和末級過熱器未發(fā)生超溫現(xiàn)象。4.2 分隔屏過熱器超溫原因（1）分隔屏過熱器蒸汽通流量偏低，導(dǎo)致分隔屏過熱器冷卻不足。兩次超溫中，一次是機(jī)組帶60MW負(fù)荷時(shí)，汽機(jī)旁路全關(guān)時(shí)段，一次是機(jī)組解列后，汽機(jī)做主汽門及調(diào)速汽門嚴(yán)密性試驗(yàn)階段。高旁開度偏小及主汽門及調(diào)速汽門關(guān)閉使鍋爐過熱器蒸汽通流量較少，分隔屏過熱器管內(nèi)蒸汽流速較低，傳熱效果差，冷卻不足而導(dǎo)致超溫。（2）在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，鍋爐采用等離子方式點(diǎn)火，磨煤機(jī)出口溫度70，一次風(fēng)速在30m/s左右，煤粉著火點(diǎn)較遠(yuǎn)，燃燒不完全，火焰中心上移，使水冷壁吸熱減少，過熱器吸熱增強(qiáng)

11、。5 采取措施5.1 加強(qiáng)鍋爐啟動(dòng)初期運(yùn)行監(jiān)視和儀表分析（1）保證熱工測量儀表的準(zhǔn)確性和保護(hù)的投入率，運(yùn)行人員要加強(qiáng)對熱工保護(hù)的監(jiān)視和儀表分析，盡早發(fā)現(xiàn)并解決問題，防止誤判斷及誤操作，特別是要密切關(guān)注各受熱面管壁金屬溫度的變化趨勢，一旦出現(xiàn)超溫報(bào)警，應(yīng)立刻停止升溫升壓操作，并可以調(diào)整降低鍋爐燃燒率。（2）正常投用鍋爐爐管泄漏報(bào)警裝置,并加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視和分析,發(fā)生報(bào)警及時(shí)對爐內(nèi)進(jìn)行就地監(jiān)聽檢查。發(fā)現(xiàn)受熱面泄漏時(shí)，要及時(shí)停爐，避免事故擴(kuò)大。（3）經(jīng)常關(guān)注機(jī)組補(bǔ)水量, 保持水煤比穩(wěn)定, 發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)進(jìn)行分析處理。（4）監(jiān)視爐內(nèi)負(fù)壓和排煙溫度變化趨勢,發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)進(jìn)行分析處理。（5）監(jiān)視水冷壁管壁溫差和

12、啟動(dòng)分離器出口過熱度在允許范圍內(nèi)。5.2 優(yōu)化旁路控制方式，提高過熱器蒸汽通流量鍋爐點(diǎn)火初期和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，修改旁路控制方式中有關(guān)定值，以達(dá)到提前和開大高壓、低壓旁路調(diào)整門，增加過熱器、再熱器通流量，以保護(hù)過熱器和再熱器運(yùn)行的安全。（1）提前打開高壓旁路，開度控制50%以上。鍋爐點(diǎn)火時(shí)，高壓旁路處于關(guān)閉狀態(tài)，主汽壓力達(dá)到0.5MPa時(shí)，高壓旁路開啟至10%，旁路保持開度不變。直到主汽壓力達(dá)到1.0MPa（原定值為1.2MPa）時(shí)，高壓旁路以1.0MPa（原定值為1.2MPa）定壓運(yùn)行，隨著燃燒率增加，逐漸開大，開度到50%（原定值為30%）時(shí)進(jìn)入升壓方式。（2）降低升壓速度，加大升壓過程中高壓

13、旁路開度。進(jìn)入升壓方式控制后，高旁控制升壓速度不高于0.12MPa/min（原定值為0.6MPa/min）。升壓速度高于此值，高旁旁路繼續(xù)開大；升壓速度低于此值時(shí)，旁路關(guān)小，提高升壓速度（此時(shí)限制開度不能小于50%），直至主汽壓力達(dá)到汽機(jī)沖轉(zhuǎn)壓力8.4MPa。（3）加強(qiáng)燃燒調(diào)整保證旁路開度50%以上。當(dāng)主汽壓力達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)壓力8.4MPa后，旁路進(jìn)入定壓運(yùn)行模式，50%最小開度限制自動(dòng)解除。此時(shí)運(yùn)行人員應(yīng)當(dāng)注意不應(yīng)降低燃燒率，避免旁路關(guān)回太多導(dǎo)致主汽流量太小。如果發(fā)生燃燒工況異常，應(yīng)加強(qiáng)燃燒保持主汽溫度穩(wěn)定和旁路至少50%以上開度。（4）低旁控制方式以提高再熱器流量為目標(biāo)，提高最小開度限額。機(jī)組啟

14、動(dòng)過程中，高壓旁路開度10%時(shí)，低壓旁路開至最小開度50（原定值為20%），主汽壓力未達(dá)到8.4MPa以前保持開度不小于50%。5.3 加強(qiáng)運(yùn)行燃燒調(diào)整控制，提高燃燒穩(wěn)定性（1）等離子點(diǎn)火模式下，降低一次風(fēng)速（保持在2022m/s），增加對應(yīng)層（特別是燃料風(fēng)檔板的開度）和上層二次風(fēng)速，一方面一次風(fēng)可盡快著火，另一方面又能在爐膛充分燃燒。（2）點(diǎn)火初期，提高等離子燃燒器對應(yīng)的A磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物的溫度，維持8085運(yùn)行，使一次風(fēng)的著火點(diǎn)提前，增加爐膛的燃燒率。（3）鍋爐投煤初期，降低鍋爐爐膛燃燒器擺動(dòng)噴嘴的角度，降低爐膛火焰中心高度，從而有效降低分隔屏過熱器底部溫度。（4）點(diǎn)火初期可以考慮燃油和等離子混合燃燒模式，以降低爐膛火焰中心高度。（5）加大燃盡（CCOFA）風(fēng)及上幾層輔助風(fēng)風(fēng)門的開度，降低火焰中心，適時(shí)開啟SOFA風(fēng)，消除爐膛出口氣流的殘余旋轉(zhuǎn)，減小兩側(cè)煙溫差。當(dāng)投入第二臺磨煤機(jī)（B磨煤機(jī)）后逐漸開大一層CCOFA風(fēng)至70%以上，有必要時(shí)可適當(dāng)增開第二層CCOFA風(fēng)。5.4 加強(qiáng)鍋爐濕態(tài)運(yùn)行的給水控制（1）控制給水流量，降低至580t/h左右運(yùn)行，增加鍋爐的蒸發(fā)量比例，降低各級汽溫。（2）提高給水溫度，增加除氧