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300MW亚临界锅炉末级过热器爆管的分析及预防
发布时间：2013-09-28 19:09 来源：未知
某厂2x 300 MW机组的锅炉为上海锅炉厂引进美国CE公司技术生产的亚临界中间再热控制循环汽包炉。燃烧器为四角切圆布置，采用上下浓淡分离、一次风喷嘴和同心反切燃烧技术。末级过热器（简称末过）管材为钢102 (12Cr2MoWVTiB)，规格为Q51 mm×7.5 mm。末级过热器共计有81排，每排4根管，形成4套管。过热蒸汽系统中设有二级喷水减温：一级喷水减温器布置在低温过热器与分隔屏之间，二级喷水减温器布置在后屏与末过之间，减温水来自给水泵出口。为节约锅炉启动及助燃用油，在燃烧器B层上安装了微油点火系统，此后，锅炉的末级过热器41排在2次机组启动后不久都发生了爆管事故。
1、爆管事故概况
事故1：2008年8月20日20:53，机组启动后不久，负荷240 MW，再热汽温突升，热井补水量增大，就地检查发现IK15长吹灰器处往外冒蒸汽，有泄漏声，停炉后发现末级过热器处炉左数第41排前数第2根管爆泄，有上下2个爆泄口，上爆口离下弯头约480 mm，爆口尺寸为42 mm×2 mm，管子外径胀粗鼓包明显，爆口周围有龟裂迹象，管子外表面有部分氧化皮脱落。下爆口在上爆口下方100 mm处，下爆口较大，呈窗口状，长宽尺寸为62 mm×40 mm，管壁垂直外翻90°，边缘锋利、减薄明显，最边缘厚不到lmm，如图l所示。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
事故2：2008年12月25日21: 33，机组启动后不久，运行人员巡查发现47 m层有泄漏声。停炉后检查发现末级过热器处炉左数第41排前数第7根泄漏，在U型上方约800 mm的焊口上有2条开口的纵向裂纹。管子外径胀粗鼓包明显，泄漏裂纹周围有龟裂迹象，管子外表面有部分氧化皮脱落过热宏观特征，如图2所示。
2、原因分析
从爆管裂纹来看，过热特征明显并且基本属于短期过热型。过热爆管主要与过热器长期超温过热和异物堵塞短期过热有关。
2.1长期超温过热
根据四角切圆燃烧锅炉的特点，炉膛出口处气流残余旋转为顺时针方向，末级过热器烟气温度场呈左高右低的特征，但实际上末过管壁温度却呈两侧低中间高的“M型”，见图3。这是由于蒸汽流量不均与烟气温度场不均存在不一致所导致。另外，末过左右两侧管壁温度偏差不大，且管壁温度均在正常范围内。从历史趋势看，末过管壁温度最高从未超过580℃。41排管壁温度在所有管排中较低，发生超温爆管机率远小于其它管排，因此可以排除长期超温爆管的可能。
2.2水（汽）塞过热
锅炉点火启动前，过热器管束下部U型管内，可能因各种原因存有积水或者在低负荷时大量喷水减温，由于雾化不良，留存积水在过热器U型管内形成水塞，造成过热器管束内介质停滞，使得过热器管束管壁温度急剧上升，发生超温，导致过热器爆管（见图4）。当过热器发生水塞时，过热汽温及管壁温度会急剧上升，但从末级过热器壁温变化趋势（图5）看，爆管前壁温上升缓慢，并未发生突变，因此可以排除发生水塞爆管的可能。
2.3氧化皮脱落堵塞过热
锅炉金属管在高温水蒸汽环境下产生氧化皮属于正常现象，氧化皮脱落导致过热器、再热器爆管的问题在超（超）临界机组中比较常见，但亚临界机组发生氧化皮脱落却较少见。氧化皮脱落的条件是氧化层达到一定厚度的临界值(通常不锈钢为0.1mm)或温度变化幅度大，速度快，频率高。由于管子金属材料的线膨胀系数比氧化皮线膨胀系数大得多，所以当过热器或再热器在启动或停炉时，会产生很大的胀差而促使氧化皮脱落。
根据有关统计文献表明，粗晶奥氏体不锈钢管(12Cr2MoWVTiB)过热器，设计出口温度为540℃左右的锅炉可能会在运行3万h后首次出现氧化皮脱落。该锅炉自2001年5月正式投运以来运行时间已远超4万h，根据测试过热器氧化皮层厚度远低于临界值，但在过热器爆管之前金属温度剧烈变化现象却较为明显。
(1)第1次过热器爆管前15d内因水冷壁泄漏启停多次，停炉后采用了通风冷却；第2次爆管前2天发生锅炉MFT甩负荷。以第2次爆管事故为例，对其原因进行具体分析。
12月22日15:00锅炉MFT．23日21: 20点火启动，24日10:33机组并网，25日21:33运行人员发现末级过热器爆管，从机组点火启动到发现爆管时间较短。
从图6中知，机组点火至并网前管壁温度呈锯齿型大幅度波动，远大于正常启动时壁温变化，机组并网后二级减温器大量喷水导致汽温及壁温大幅波动，以上这些原因均有可能引起氧化皮脱落。
(2)安装的微油点火系统在启动过程中，由于煤粉燃烧不完全，火焰中心上移，炉膛出口烟温高。在初负荷时由于屏式过热器出口温度易超温，故不得不采用多投减温水的办法来防止超温，减温水频繁投用使过热汽温及壁温大幅波动。从末过管系结构分析，末过共81排，左数第41排前数第2根管正处于进口联箱中间位置，对应其正上方为二级减温器喷嘴位置。
根据以上分析比较，这两次爆管符合氧化皮脱落堵塞短期过热爆管的特征，因此这两次爆管主要与氧化皮脱落堵塞过热有关。
3、氧化皮脱落和防范措施
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，由于炉膛温度急冷，壁温骤降，很容易造成氧化皮脱落。加之在启动初期蒸汽流量较小，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。另外，启动过程中喷水减温导致管壁金属温度剧烈变化也是导致氧化皮剥落原因之一，所以氧化皮堵塞造成的爆管大多发生在启动后短时间内，可以采取以下防范措施：
(1)严格控制锅炉升降负荷速度，避免启停频繁，减小热冲击。
停炉过程中严格按照规程要求执行，严格控制降温率＜1.5℃/min，停炉后保持闷炉状态。当空预器进口烟温降至204℃方可开启送风机通风冷却，锅炉泄压后方可启动引风机运行。
启动时应严格控制锅炉温升率，特别是微油改造后启动初期温升率难以控制时应投大油枪运行，避免汽温急剧升高。启动过程中，在60MW负荷之前禁投二级减温水，避免汽温及壁温剧烈波动。启动初期，通过开启汽机高低旁对系统进行大流量低压冲洗，将已沉积的氧化皮冲走。在启动和升负荷期间，注意监视管壁温度变化，发现异常可以采用快速升降负荷变压冲洗。
(2)建立长效的炉管监视体制，运行中加强对汽温及管壁温度监视和调整，加强炉膛吹灰降低过再热器壁温。加强锅炉燃烧调整，减小烟温偏差，避免局部过热超温。
利用停炉机会进行射线检查，特别是对减温器及垂直管屏底部割管检查氧化物生成情况。
(3)增大管屏弯管的弯曲半径，以减轻氧化皮剥落后的管内截面方向堵塞程度。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂鲜强突遣淮淼难≡�。
4、结语
在锅炉点火启动初期，由于温升率变化过快、初负荷投减温水等原因导致过热器氧化皮脱落，从而引起过热器爆管。为了避免该类事故的发生，建议严格控制锅炉升降负荷速度，避免启停频繁，减小热冲击。同时建立长效的炉管监视体制，加强对蒸汽和管壁温度监视，防止管壁超温，减少发生爆管的机率。
