0、引言
湖南華電長沙發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡稱長沙電廠）#l機(jī)組于2007年10月2日初帶負(fù)荷試運中，鍋爐高負(fù)荷累計運行不到10h就發(fā)生了末級過熱器管爆漏。需要指出的是，同類型鍋爐末級過熱器在調(diào)試期間也曾多次發(fā)生末級過熱器中間第16屏、外數(shù)第10內(nèi)圈管爆漏，因此，有必要分析末級過熱器爆漏的原因，避免再次發(fā)生類似的失效損壞。
1、鍋爐類型及過熱器
長沙電廠一期工程#1，#2鍋爐采用東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司（以下簡稱東鍋廠）引進(jìn)日本巴布科克一日立公司(BHK)技術(shù)設(shè)計制造的國產(chǎn)超臨界參數(shù)、變壓、直流、本生型鍋爐，其型號為DC1900/25.4 -Ⅱl，Ⅱ型布置、單爐膛、一次中間再熱、尾部雙煙道，帶有脫硝裝置，采用平行擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、平衡通風(fēng)、露天布置，采用內(nèi)置式啟動分離系統(tǒng)。
該爐采用前后墻對沖燃燒方式，設(shè)計燃用山西潞安礦業(yè)集團(tuán)有限公司貧煤。爐膛上部布置屏式過熱器，水平煙道依次布置末級過熱器和末級再熱器，尾部豎井的四周為包墻過熱器。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，
生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
過熱器系統(tǒng)流程：頂棚過熱器一包墻過熱器一一級過熱器一一級噴水減溫器一屏式過熱器入口匯集集箱一屏式過熱器人口小集箱一屏式過熱器出口小集箱一屏式過熱器出口匯集集箱一二級噴水減溫器一末級過熱器。
末級過熱器蛇形管布置在水冷壁折焰角上，沿爐寬方向布置有31片屏，管排橫向節(jié)距為609.6mm，管子縱向節(jié)距為57 mm。每片管屏由20根管子并聯(lián)繞制而成，其爐內(nèi)受熱面管子的材質(zhì)均為國產(chǎn)SA213-TP347H，管屏內(nèi)、外圈管采用不同的管子規(guī)格，外圈管為∮50.8 mm×8.9 mm，其余的為∮45 mm×7.8mm。
2、機(jī)組運行、爆漏及檢查情況
2.1機(jī)組運行情況
#l機(jī)組從2007年10月1日首次并網(wǎng)進(jìn)入帶負(fù)荷試運過程，機(jī)組負(fù)荷在480 MW以上運行不到10h，于10月2日發(fā)末級過熱器爆漏，此時鍋爐主汽壓力21 MPa、主汽溫度550℃，煙風(fēng)、汽水系統(tǒng)無異常，末級過熱器管壁壁溫最高為560℃。
2.2爆漏情況
爆漏部位在末級過熱器中間第16屏、外數(shù)第10內(nèi)圈管。爆口形狀為喇叭口狀，邊部減薄、刃狀，爆口附近管徑為48—49mm，有脹粗。
爆漏材質(zhì)（SA213 - TP347H）系江蘇宜興市精密鋼管廠（銀環(huán)牌）依據(jù)AMSE標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，晶粒度控制在4—7級。
對爆漏的管子外觀、測厚、蠕脹進(jìn)行檢查并進(jìn)行了金相檢查和機(jī)械性能試驗，從獲取爆漏樣及現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，出列的管樣均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。管子金相組織為奧氏體+夾雜物+少量碳化物沿晶界集聚，基本正常，爆口端部向火側(cè)金相組織為奧氏體+夾雜物+少量蠕變孔洞。經(jīng)作者分析認(rèn)為，爆漏原因為短期過熱。
2.3末級過熱器入口聯(lián)箱檢查情況
用內(nèi)窺鏡檢查末級過熱器入口聯(lián)箱，發(fā)現(xiàn)聯(lián)箱中存在長660哪、寬40mm、厚4mm的扁鋼，扁鋼兩邊均勻點焊，其一端有明顯新斷裂痕跡，對扁鋼其中的一面中間焊接痕跡進(jìn)行光譜分析，確認(rèn)焊接痕跡含有合金成分。
3、爆漏原因分析和措施
3.1扁鋼來源
過熱器二級減溫器前后的導(dǎo)汽管在安裝前已清理。對于屏式過熱器出口聯(lián)箱、末級過熱器入口聯(lián)箱，在安裝前已經(jīng)由建設(shè)、監(jiān)理及施工單位對聯(lián)箱內(nèi)部進(jìn)行了檢查確認(rèn)，并在吹管后打開手孔，未發(fā)現(xiàn)有異物存在，因此，該扁鋼不應(yīng)來自聯(lián)箱，而是來自過熱器二級減溫器。經(jīng)對照過熱器二級減溫器圖紙，初步判定該扁鋼為減溫器制造過程中的工藝材料——減溫器混合管拼縫處內(nèi)側(cè)襯墊脫落，后經(jīng)東鍋廠傳真證實確為減溫器混合管內(nèi)脫落的焊縫襯墊出現(xiàn)問題而造成爆漏。
3.2扁鋼堵塞易造成的故障
左數(shù)第16屏位于末級過熱器入口聯(lián)箱中間部位，而外數(shù)第10根在聯(lián)箱底部。末級過熱器聯(lián)箱設(shè)計為兩端進(jìn)汽，且在末級過熱器進(jìn)口聯(lián)箱設(shè)計了防止運行中汽溫分布不均的節(jié)流孔。末級過熱器進(jìn)口聯(lián)箱管接頭管子為045 mm×8mm，其對應(yīng)的節(jié)流孔徑分別為∮13 mm，∮13.5mm，∮14 mm，∮14.5 mm，∮15 mm，∮15.5mm;管子∮50.8×9mm的節(jié)流孔徑為32.8 mm。由于末級過熱器入口聯(lián)箱管接頭節(jié)流孔孔徑小，因此，從末級過熱器之前帶過來的雜物便在此被“截留”，扁鋼便被堵在末級過熱器入口聯(lián)箱中間底部接頭節(jié)流孔處。在高負(fù)荷時導(dǎo)致末級過熱器中間屏、外數(shù)第10內(nèi)圈管堵管處蒸汽流量不足，從而引起該管短期過熱爆漏。
從同類型超臨界機(jī)組鍋爐調(diào)試期間爆漏部位統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，異物堵塞易造成該部位的管子短期過熱爆漏。
3.3減溫器混合管拼縫處內(nèi)側(cè)襯墊脫落
過熱器二級減溫器采用笛形管直套筒噴水減溫器，其作用是通過減溫水吸收過熱蒸汽的熱量，使減溫水汽化并與過熱蒸汽混合達(dá)到降低汽溫之目的。它不僅可用于調(diào)節(jié)過熱器的出口汽溫，而且還能起到均衡兩側(cè)汽溫的作用。減溫器設(shè)計的任務(wù)是保證減溫水在減溫器內(nèi)部汽化，以免水珠接觸過熱器聯(lián)箱內(nèi)壁引起熱交變應(yīng)力導(dǎo)致聯(lián)箱熱應(yīng)力疲勞破壞。為了防止尚未汽化的減溫水滴直接擊中減溫器的聯(lián)箱內(nèi)壁，致使聯(lián)箱內(nèi)壁受交變熱應(yīng)力作用而產(chǎn)生裂紋，該減溫器內(nèi)在噴水管后均設(shè)有混合管。
東鍋廠設(shè)計的過熱器二級減溫器規(guī)格為∮506mm×78 mm，材質(zhì)為P91，減溫器混合管∮334 mm×8mm，材質(zhì)12CrlMoV，設(shè)計允許工作壓力27.4MPa，溫度為547℃。由于過熱器二級減溫器混合管拼接后長度長、直徑小，焊縫根部會產(chǎn)生尺寸較大的焊瘤，而工藝措施上無法徹底清除，焊瘤極易在運行過程中脫落而堵塞高溫過熱器管子。因此，東鍋廠減溫器制造工藝規(guī)定在減溫器混合管拼縫處內(nèi)側(cè)需采用襯墊，規(guī)格為∮318mm×40 mm×4哪(內(nèi)徑×寬度×厚度)、材質(zhì)12CrlMoV，襯墊與混合管未要求點焊，這樣，既可保證焊縫根部（內(nèi)側(cè)）成型好，又可有效防止焊縫根部產(chǎn)生焊瘤。正常情況下，該襯墊和拼縫處母材通過焊縫自然融合為一體，在混合管拼縫完成后，該襯墊可不必去掉。
實際上的襯墊材質(zhì)未按要求采用12CrlMoV，而用20號碳鋼，20號碳鋼最高允許溫度為480℃。襯墊與混合管僅僅是局部點焊，由于拼縫處兩端間距過小，使得焊縫根部位置抬高，且襯墊未與混合管母材熔為一體。
眾所周知，很多部件在交變熱應(yīng)力下工作并不發(fā)生故障，關(guān)鍵在于交變應(yīng)力的大小、變化頻率及本身應(yīng)力狀態(tài)等。該減溫器內(nèi)部裝置所受的壓應(yīng)力不大，溫差10℃引起的熱應(yīng)力均為15~17 MPa，應(yīng)該說承受50℃以下的溫度變化而又沒有其他附加應(yīng)力時，是不足以引起疲勞破壞的。但對20號碳鋼而言，該處溫度變化大、且超過材料最高允許溫度達(dá)60℃以上，其本身引起的熱應(yīng)力屈服點塑性變形就會造成襯墊疲勞，也就是在機(jī)組啟動、運行過程中，在交變熱應(yīng)力作用下20號碳鋼的襯墊與混合管就會分開、脫落。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
3.4采取的措施
鍋爐過熱器二級減溫器混合管拼縫處內(nèi)側(cè)襯墊取出后，#1鍋爐末級過熱器再未發(fā)生類似的失效損壞。
4、結(jié)束語
(1) 600 MW超臨界鍋爐末級過熱器發(fā)生異物堵塞引起的短期過熱爆漏，其爆漏部位多發(fā)生在中間第16屏、外數(shù)第10內(nèi)圈管。
(2)由于制造工藝用的過熱器二級減溫器混合管襯墊材質(zhì)用錯，導(dǎo)致襯墊脫落，并進(jìn)入末級過熱進(jìn)口聯(lián)箱，引起末級過熱器管部分堵塞而失效損壞。
(3)建議制造廠完善制造工藝，嚴(yán)格執(zhí)行已有的規(guī)定，加強(qiáng)質(zhì)量控制，防止異物進(jìn)入鍋爐受熱面管。
(4)要求鍋爐減溫器安裝前及檢修中，均對減溫器混合管襯墊進(jìn)行檢查、清理。
