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摘 要：分析某發(fā)電廠1號(hào)鍋爐分隔屏過(guò)熱器超溫爆管的原因，介紹所采取的針對(duì)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(guò)熱器;爆管
某發(fā)電廠一期工程裝有2臺(tái)600MW超臨界燃煤機(jī)組，1號(hào)機(jī)組于某年5月進(jìn)入整套啟動(dòng)階段， 7月26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(tái)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(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)，旁路容量為35%BMCR。
1 鍋爐爆管經(jīng)過(guò)
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)。
5月31日，機(jī)組再次啟動(dòng)， 6月1日1：53發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，逐漸加負(fù)荷，14：22向調(diào)度申請(qǐng)機(jī)組加負(fù)荷,進(jìn)行鍋爐安全門校驗(yàn), 17：30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(duì)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)，23：20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(qǐng)停爐，當(dāng)時(shí)機(jī)組負(fù)荷330MW，分離器壓力22MPa，過(guò)熱器出口溫度正常，給水量860～920t，燃煤量178t。確定鍋爐爆管，經(jīng)調(diào)度同意，于6月2日 1：42鍋爐停爐。
2 爆管檢查及分析
2.1 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(guò)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(guò)渡，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)爆管管子和現(xiàn)場(chǎng)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140～150左右，T12管子HB基本在120～130左右，參考ASTM SA213標(biāo)準(zhǔn)，T12管子的硬度標(biāo)準(zhǔn)是不超過(guò)163HB，T23管子的硬度標(biāo)準(zhǔn)是不超過(guò)220HB，T91管子的硬度標(biāo)準(zhǔn)是不超過(guò)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(chǎng)分別對(duì)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(zhǎng)大，晶界呈鏈狀;爆口背面組織也嚴(yán)重球化并聚集長(zhǎng)大，晶界呈鏈狀。
2.2 分隔屏過(guò)熱器爆管原因
分隔屏過(guò)熱器材質(zhì)主要有SA-213 T12、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(guò)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(guò)熱器較長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)其額定溫度運(yùn)行，受熱面過(guò)熱，個(gè)別時(shí)段甚至超過(guò)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(duì)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(lái)看，爆口長(zhǎng)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)_擊而顯得較光潔。管子外壁呈藍(lán)黑色，破口附近并沒(méi)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(guò)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(duì)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(duì)應(yīng)的許用應(yīng)力參考值如下：
溫度(℃)20100300400450500525550575600625650
許用應(yīng)力(MPa)1281281251241171111058771563825
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(guò)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[σ]η+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)
[σ]：相應(yīng)溫度下的許用應(yīng)力(MPa)
η：許用應(yīng)力修正系數(shù)，直管取1
Y：溫度修正系數(shù)，530℃以上取0.7
根據(jù)以上公式計(jì)算，對(duì)應(yīng)T23管子外徑為φ41.3 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)
53025.4954.65
55025.4875.0
60022566.36
62522388.51
64022319.79
由以上計(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(guò)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(guò)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(guò)了設(shè)計(jì)使用溫度較多造成的爆管。雖然管壁超溫沒(méi)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。
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