华能莱芜电厂#4、5锅炉末级过热器爆管原因分析及预防

华能莱芜电厂#4、5锅炉末级过热器爆管原因分析及预防摘要：山东华能莱芜电厂2×330 MW #4、5机组锅炉自2012年下半年以来连续在同一位置发生三次末级过热器爆管事故（累计运行仅3万小时/台），造成了很大经济损失。该厂为查明原因做了大量工作，检查Ⅱ级喷水减温器、末过入口联箱与管子（异物和氧化皮）、管材等均未发现异常，使爆管原因分析工作陷入困境。本文通过对大量运行参数并结合末过入口联箱结构展开深入分析，提出这几次事故是在特殊条件下氧化皮提前脱落造成爆管的结论，并制定出针对性预防措施。

关键词：锅炉四管泄漏分析防范措施

一、基本概况

华能莱芜电厂2×330MW #4、5机组锅炉为上海锅炉厂生产的亚临界压力中间一次再热控制循环汽包炉，累计运行时间均达到3万小时。锅炉点火方式是等离子点燃A层煤粉，再逐级投入上层喷燃器。在炉膛折焰角及延伸侧墙斜烟道上依次布置屏式再热器、末级再热器，末级过热器。过热蒸汽汽温调节主要靠喷水减温器,I级喷水减温器布置在低温过热器与分隔屏之间的管道上,Ⅱ级喷水减温器布置在后屏与末级过热器之间管道上。末级过热器共81排，每排四根入口管子，呈“W”布置，管材用钢入口侧为T23（ø51×6.5），出口侧外两圈为T91（ø51×7.0），内两圈为T23（ø51×7.0）。自2012年下半年以来连续发生三次末过爆管事故，造成很大经济损失。

二、爆管事故概况

2.1 三次事故统计

三次泄漏事件共性点分析

（1）均发生在机组冷态启动各项参数正常后的几天内。

（2）爆口均发生在末级过热器入口三通正下方管排（东数第41、42排）南数第2或第3根，距离下弯头不远处。

（3）调取大量冷态启动历史曲线，发现Ⅱ级减温水均在主蒸汽流量（负荷）较低时投入。

（4）管壁温度未现异常。

#5炉（2012年10月26日）末级过热器爆口及爆口边缘处金相组织400×

三、事故可能原因分析

3.1 水塞过热

锅炉点火启动前或启动过程中，可能因各种原因造成末过入口的管束内存有积水而形成水塞。水塞的显著特点：

（1）管内介质流通停滞，当此处烟温达到管材允许极限将很快发生爆管。一般爆管发生在机组启动初期十几个小时内。

（2）过热器管束管壁温度急剧上升，随着流量增加及流速增快，个别管子水塞被冲开，则管壁温度会急剧下降。

（3）爆口的破口形状、颜色和金属组织具有短时大幅超温特征。

2013年3月19日#4炉开机历史曲线

调取2013年3月19日#4炉开机历史曲线，3月20日2时45分，Ⅱ级减温器出口温度突然由390℃下降至340℃。分析认为：一是减温水隔绝门、调整门在给水管道平台，距离炉顶大包Ⅱ级减温联箱35米远，由于自身存在漏量，在减温水隔绝门后管道内逐渐积存大量温度较低的冷却水；二是当开启严密性差的截门或调门时，管道中存在的这部分水会突然进入减温器联箱，造成减温器出口温度瞬间降低。

减温水的短暂涌入，并不能说明在末过入口一定形成了水塞。这几次爆管均发生在机组启动几天以后，在这之前末过入口烟温多次大大超过管材允许使用温度极限，如果发生水塞，不可能坚持这么长时间。况且，末过入口管壁温度并未出现异常，说明水并没有涌入管屏，否则管壁温度肯定有所反应。

因此发生水塞爆管的可能性不大。

备注：2012年6月对#5炉Ⅱ级减温联器进行内窥镜检查未见异常。

3.2 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。氧化皮由Fe3O4、Fe2O3、FeO三部分组成，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，当氧化层达到一定厚度的临界值或温度变化幅度大，速度快，频率高时就会发生脱落。由于在启停炉时过热器或再热器内壁氧化皮产生很大的胀差而脱落，最终导致过热器或再热器爆管的问题在超(超)临界机组中比较常见。根据有关资料表明，T23钢管在运行3万h后就会出现氧化皮并脱落，我厂#4、5炉运行超过

3万小时，并已经在管子内部发现氧化皮形成现象。

如果是氧化皮脱落在下弯头积存，则能很好解释这几次爆管事故，但是经过对未爆管割管检查、射线拍片检查均未发现氧化皮存积现象。

3.3 其它原因

3.3.1“三通效应”造成末过入口介质分布不均，第41、42排蒸汽流量过小。

通过调取大量开机曲线，在锅炉启动初期，第41排管壁温度均大大低于两侧其它管壁温度，随着流量增加，这种偏差很快减小。这说明：在锅炉启动初期，正对着后屏过热器至末过入口联箱连接管进口的第41、42排管子里面的介质流量大于其它管子。随着蒸汽流量加大，蒸汽在各管子内的流量趋于平均；再则，假如运行中流动介质发生二次涡流现象，存在“三通效应”，则对着三通的管子将普遍存在长期超温失效问题，但对临近管子机械性能试验显示，管子性能良好。

其它电厂发生了由于“三通效应”发生爆管的事例，相关专家也发表了有关论文。但是发生事故电厂末过三通是“┻”型，并且在168小时试运期间就连续爆管，所爆夹持管布置在三通中部侧母线，而这个位置的支管介质最少，所以发生爆管。而我厂三通设计显然考虑了“三通效应”的二次涡流影响，采取了下部“内凹”型，支管布置在正母线两侧45°范围内。

综上分析，由于管子“三通效应”存在吸热介质过少的问题可能性很小。

3.3.2 联箱内有异物

（1）从开机曲线来看，并没有发现中间管排管壁温高于其它管子的依据，反而是低于其它管壁温度。

（2）#4、5炉均在一个位置发生爆管，如果有异物的话，不会如此的巧合。

因此联箱内有异物的可能性不大，在#5机组检修时对末过入口联箱进行内窥镜检查证实了这一点。

3.3.3 管子材质问题

经山东电力研究院对爆口以外的管子、新管子进行金相分析和力学性能试验测试均符合有关标准，并且T23钢综合性能要好于钢102，所以管子材质有问题证据也不充分。

四、最接近事件真相的可能

结合末过系统实际布置情况，并对图纸、历史曲线仔细分析，我们认为还是氧化皮脱落造成了这三次事故。理由如下：

（1）末过管子内壁已经产生氧化皮，并且达到了一定厚度（T23管比T91管严重），具备了脱落的条件之一。

2012年10月#5炉泄漏，管子内部氧化皮“鼓包”情况（T23）