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400t/h锅炉高温再热器爆管原因分析
发布时间：2013-10-14 09:50 来源：未知
0、概况
温州发电有限责任公司一期工程共2台125MW单元制机组，锅炉为上海锅炉厂生产的SG -420/13.7-M417型超高压自然循环一次中间再热煤粉炉，分别于1990年12月和1991年7月投产。锅炉主要技术参数如表1所示。
锅炉再热器分为低温再热器和高温再热器2级。低温再热器逆流布置在尾部烟道竖井中；高温再热器顺流布置在水平烟道对流过热器后，共104排，排间距为90mm，每排为由7套管组成的U型结构，分别连在进口集箱和出口集箱上。高温再热器管材为X12CrMb91，规格为∮42×4.5mm。
再热蒸汽的温度控制以烟气挡板调节为主，以设在低温再热器进口前管道上的微量喷水装置作为细调。在高温再热器进口前管道上还设有事故喷水装置。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。
1、高温再热器爆管情况
某年3月，2号炉运行中发生高温再热器管子爆泄。经停炉检查，发现爆管发生在高温再热器左起第53排第5套管（由外圈向内数，下同），距U型下弯头约200mm处直管段，并吹损相邻数根管子。爆破口纵向长50mm，最宽处为5mm，管子有明显的胀粗现象，即由原来的∮42mm胀粗到∮55.8mm，U型弯头外表面有多条纵向裂纹。尤为异常的是，在该管及相领的左起第54排第5套管内部，发现有大量黑色粉末状异物，2根管子的下弯头部分已经被这些异物完全堵塞。第54排第5套管同样也有胀粗和弯头表面纵向裂纹，只是未爆管。
同年5月及12月1号炉和2号炉又分别发生高温再热器爆管事故。经过检查，与3月爆管情况非常相似，爆破的管子均有明显的胀粗现象和弯头表面纵向裂纹，同时在爆破管及部分相邻管中发现了黑色粉末状异物。3次爆管分布情况如表2所不。
2、爆管原因分析
爆管发生后加强了对高温再热器管的监视，并利用每一次停炉机会对高温再热器管进行外观检查，又多次发现并处理了已经被异物堵塞但还未发生爆泄的高温再热器管，避免了爆管造成的非计划停运。综合分析这些管子以及已经发生爆泄的管子（如表2所示），可以发现以下规律：
(1)所有管子下弯头内部均被大量黑色粉末状异物堵死，汽流无法通过。单根管内异物总量约在1000～1500 g左右。
(2)所有管子均集中发生在高温再热器管排的中间部分，即左起第48排至第56排（高温再热器一共104排）。
(3)所有管子均集中发生在管排的第6或第7套管（由外圈向内数）。而同管排的其他套管经检查均未发现异物堵塞现象。
(4)管子外观均有不同程度的胀粗现象，严重的管子弯头部分外表面有纵向裂纹。
从管子外观、爆破口形状及金相分析结果来看，属于过热爆管。对黑色粉末状异物进行化学分析，主要成分为铁氧化合物。
分析爆管原因的关键在于找到沉积在U型弯头内的铁氧化物的来源。经分析，共有两种可能性：一是铁氧化物来自爆破的高温再热器管本身；二是铁氧化物来自于高温再热器上游其他设备。以下对两种可能性进行具体研究分析。
2.1对高温再热器受热面的分析
如果铁氧化物来自高温再热器管本身，即由于设计或运行等原因造成高温再热器局部管子超温，会使管内氧化膜疏松而脱落，并最终堵塞U型下弯头，造成汽流阻断，过热胀粗直至爆管。经过计算，单根高温再热器管子如果减薄0.1mm.就会产生超过1000 g的铁氧化物。由于目前一般测厚仪的精度为0.1mm，再考虑制造上的误差，所以不能通过测量管子壁厚的简单办法来判断铁氧化物是否来自于管内氧化膜的疏松脱落，而只能通过试验方法来确定。
在对1号炉进行了高温再热器壁温试验中，共设置高温再热器进口烟温测点20组，有代表性的高温再热器壁温测点65组，并在50% N100%负荷范围内多个工况条件下进行了试验。通过对试验数据的分析，得出以下结果：
(1)除其中1个工况平均烟温达到793.4℃外，其他情况下高温再热器进口平均烟温均低于设计值790℃。虽然存在局部烟温偏差，但总趋势是下层高于上层；右侧高于左侧。最高烟温并不是出现在高再中间部位。
(2)试验结果显示同排管子中，壁温最高的是第7套管．而非第5、第6套管。
(3)根据上海锅炉厂计算书，高温再热器计算壁温为569℃。从试验来看，满负荷情况下，壁温超过569℃的管子较普遍，但绝大多数均未达到X12CrlVb91材料的使用温度650℃。而且壁温分布呈现右侧高左侧低，这与进口烟温分布相对应。
综上所述，基本上可以排除铁氧化物来自高温再热器管本身超温造成的可能性。因为，即使个别管在一定工况下存在超温，发生爆泄的也应该是壁温较高的右侧管子，而且应该是壁温最高的第7套管。这显然与事实不符。
2.2对高温再热器上游设备的运行分析
1号炉大修期间，曾利用内窥镜对高温再热器进口集箱进行检查，集箱内壁清洁无杂物。经分析，铁氧化物可能来源于高温再热器进口集箱前的上游设备，理由如下：
(1)从以往的锅炉水冷壁割管检查看，由于缺乏启停监督及停炉保养不够规范，锅炉结垢速率较高，且垢的成分以铁氧化物为主。
(2)发生高温再热器爆管前一段时期，机组运行不是很稳定，启停次数较多，且升降负荷频繁。这样，部分附着不是十分坚固的氧化铁垢（特别是在�；讨胁墓福┰诨槠舳虼蠓缺涓汉汕榭鱿路⑸崖�，被蒸汽带到下游设备，并在汽流速度较低部位发生沉降。
(3)汽流中夹带的固体颗粒发生沉降的条件是汽流速度低于沉降速度。所以沉降产生的部位，应是局部汽流速度最低的地方。再热蒸汽质量流速较低，且高温再热器具有U型下弯头等易产生分离沉降的结构，符合沉降条件。高温再热器进口集箱为两端进汽，出口集箱为两端出汽，从汽流速度分布来看，中间部分为整个高温再热器管排汽流速度最低的部分，也就是最容易发生沉降的部位。
(4)从高温再热器进口集箱的结构（如图1所示）来看，同一管排中，第5、第6套管从集箱的引出口是最低的。蒸汽从上游系统携带来的铁氧化物杂质最易沉积在第5、第6套管内。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料是客户们不错的选择。
3、分析结论及对策
通过上面分析，可以得出如下结论：400 t/h锅炉高温再热器爆管的原因是由于缺乏启停监督及停炉保养不够规范，造成锅炉结垢。再加上启停和升降负荷频繁，部分附着不是十分坚固的氧化铁垢发生脱落，被蒸汽带到下游设备，并在汽流速度相对较低的高温再热器中间部分位置较低的第5、第6套管内发生沉降，堵塞管子，最终造成过热爆管。为此采取了以下对策：
(1)加强了化学监督的力度，特别是加强和规范启停期间的化学监督和停炉保养工作。
(2)加强管理，加大设备整治力度，保证机组稳定运行，减少启停次数。
(3)对锅炉进行化学清洗。
(4)利用�；幔忧慷愿呶略偃绕髦氐愎芘诺募觳�，及时发现已经被异物堵塞的管子，防止爆管造成非计划�；�。（检查的方法主要有外观看是否胀粗、有无过热痕迹以及用火把加热有无氧化皮爆裂等）。
采取以上措施后，2台锅炉至今未再发生高温再热器爆管事故，也未再发现被异物堵塞的管子。高温再热器爆管问题得到了根治。
