超临界锅炉不锈钢管内壁氧化皮检测技术研发及应用

超临界锅炉不锈钢管内壁氧化皮检测技术研发及应
用
（大唐湘潭发电有限公司）
1、背景
近年来随着超临界火电机组的迅速发展，越来越多的新材料应用在火电厂锅炉的高温过热器等受热面管子上，由于奥氏体不锈钢TP347H、TP304、TP347HFG等材料具有优良的热强性，所以被广泛用作锅炉内屏式过热器、高温过热器和高温再热器管屏的重要材料，但随之而来的是这些材料内壁的氧化层与基本有较大的热膨胀差，因此在运行过程中易出现管内壁氧化膜脱落，且脱落是不可避免的自然过程，脱落的氧化物常堆积在管子的弯头处，若堆积物过多时，极易在机组下次点火开机后短时间内导致爆管，国内多家电厂的火力发电机组中，不锈钢管内壁氧化层剥落造成管子堵塞爆管的现象时有发生，严重威胁火电厂的安全运行。

图1氧化皮堵塞爆高温过热器的爆口图
2 电厂应对措施及检查方法分析
2.1 检测方法优缺点分析
目前国内解决此问题的方法一般是采用对弯管段进行射线拍片的传统方法，通过对底片投影进行判断分析管子被氧化皮堵塞的程度，这种方法费时费力，且常因人为操作工艺不当影响底片成像，影响判断的准确性，如下图所示。

图2 装入氧化皮的试样管底片图3 实际检查中的射线底片从图2中可以看出，管子中部有一道较明显的分界线，上面较黑的部分是空管，下面较白部分为氧化皮，图3为实际操作中的底片，可看出弯头部分黑度差不大，分界线不很清楚，所以容易误判此管内无氧化皮。

我公司在2007年底成功研发出了一套基于电磁技术的新型奥氏体不锈钢氧化物检测仪，并获得国家专利。

可以灵敏且线性地反应管内氧化皮的堆积程度，灵敏度达1克，准确度高，为检修割管提供准确的科学依据，还具有操作简单快捷，对被检管子清洁度无特殊要求的优点，一台锅炉内数千个弯头两个人便可在两天内的时间全部检查完。

2.2 氧化皮专用仪器检测方法
采用奥氏体氧化皮检测仪进行检测，该仪器所给出的检测信号来源有三种：附着在奥氏体不锈钢管内壁和外壁上的氧化物；剥落后沉积在管内部的氧化物；奥氏体不锈钢自身微观组织发生变化而产生的磁性信号。

检测信号的强度与钢管内部堆积氧化物的数量及分布状态有关，同时还与管子的规格尺寸（管壁厚度）有关。

管子内部氧化物数量越多，其输出信号越大；而在相同的氧化物数量及分布状态下，输出信号随着管子的壁厚的减小而增大。

如果管子内存在堆积的氧化物，通过检测信号强度以及该信号强度随着探头检测位臵的变化，可确定管子内部氧化物的空间分布情况，从而进行风险评级。

3、现场应用情况
湘潭电厂二期扩建投产了两台600MW超临界发电机组，锅炉为东方锅炉厂设计的超临界参数变压直流本生型锅炉，高温过热器出口额定工作温度为570℃，额定工作压力为25.4MPa。

屏式过热器、高温过热器和高温再热器的炉内管部分材质均为TP347H，其中屏式过热器共13屏，每屏24圈，蒸汽进口侧管子规格为45×7.4mm，出口侧管子规格为45×10.8mm；高温过热器共31屏，每屏20圈，第一圈管子的规格为50.8×8.9mm，其余管圈规格为 45×7.8mm；高温再热器共84屏，每屏10圈，管子规格均为50.8×4.5mm。

结合防磨防爆逢停必查的原则，湘潭电厂采用新型氧化皮检测仪对3、4号锅炉的屏过、高过、高再受热面管至今已完成数十次氧化皮检查，其中几次典型的检查情况如下：（1）2009年3月4号机组临停检修中，检查高温过热器、高温再热器所有U形下弯的前弯和后弯及部分中间管段。

对于检查中发现氧化物堵塞管子割开，用内窥镜观察内部堆积形貌，再用吸尘器吸出打包，分别称重记录。

高过共割管59根，高再共计割管74根。

图4 高过左4屏外2圈前弯图5 4号炉高过左4屏外2圈
内窥镜中氧化皮堆积形貌下弯氧化皮重10克
图6 3号炉高过左19屏内4圈后弯图7 3号炉高过左第19屏内4圈
内窥镜中氧化皮堆积形貌上弯氧化皮重126克2010年9月，3号机组大修过程中，普查了屏式过热器V形弯
的弯头部位，高温过热器、高温再热器检查了所有U形下弯的前弯和后弯及部分中间管段。

管子堵塞总体情况较好，只有少数几根有少量氧化皮，但不会造成堵塞爆管，无需进行割管处理。

但发现高温过热器炉左数第19屏内数第4圈被氧化皮完全被堵塞（见图7），割管清空后称重为126克。

在多次检测过程中，我公司已积累经验：只对堵塞威胁开机的管子进行割管处理，对轻微堵塞的管子可不处理，以最小的检修工作量来排除堵塞风险，这样可节约宝贵的检修时间和大量检修费用。

经推广，我公司已在省内外完成多个超（超）子临界电厂锅炉的氧化皮检测，经现场割管验证，均证明检测结果准确可靠，得到同行一致认可。

4 效益分析
该套仪器可准确检测锅炉高温不锈钢管内部氧化皮的堆积的量的多少，为割管清理管子内氧化皮提供定量分析根据，杜绝因氧化皮堵塞爆管情况的发生，如果按避免一次爆管来计算，有的从停炉到启炉一般需要3-4天时间，不算电量损失，仅启停炉一次就会造成经济损失100万元。

而且其快捷的检测方式可为电厂节约宝贵的时间
以湘潭电厂的600MW机组东锅生产的炉型为例，屏式过热器有936个弯，高温过热器有1240个弯。

高温再热器有1680个弯头，共3856个弯需进行检测，由于无需对管壁进行清灰就可检测，检测时间只需两个工作日，且可边检测边割管清理堵塞严重的管子，极好地利于电厂的检修工作尽快完成。

如果按射线拍片的方法对所有弯头都进行拍片检测，其耗费的时间以及人力物力难以想像。

按600MW机组在额定负荷运行计算，机组提前运行一天可多发1440万度电，可为企业创造巨大的经济效益和社会效益。