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1、超超临界火力发电机组过热器爆管原因分析摘要：火电机组向高参数、大容量发展是一种趋势，但高参数运行对炉管金属材料有很高的要求，其设计、制造、安装、调试、运行过程中任何环节出现问题均可能带来严重的爆管事故。本文对某发电有限公司2680MW超超临界#3机组试运期间爆管事件进行分析。关键词：超超临界机组、过热器爆管、设计、制造、安装、调试、验收Cause Analysis Of Tube-Burst On Superheater Of Ultra-Supercritical Coal-Fired Unit0 前言某发电有限公司2680MW超超临界机组工程#3机组是本地区第一台超超临界火电机组，其投产有
2、助于缓解本地区供电紧张的局面，标志着本地区火力电源建设全面向高参数、高效率、高环保发展。与此同时，我们对于超超临界机组的设计、制造、安装、调试、运行尚无成熟可借鉴的经验，对设备及系统特性还不完全掌握。笔者将#3机组试运阶段一次锅炉过热器爆管进行分析，以期对后期此类机组设计、设备制造、安装、调试及运行有所借鉴。1 爆管发生过程2010年12月2日14时，炉管报警系统显示第31测点信号上升，后一直维持在80分贝（图1），当时安排电建和运行人员加强就地检查。2010年12月4日10点就地巡检过程中发现62米炉左炉内声音明显异常，根据声音判断锅炉爆管。图1：炉管报警系统31号测点报警曲线2 爆管发生位
3、置及原因分析2.1 停机处理12月4日10点停机停炉，锅炉自然冷却；5日15点30分人孔门打开，启动引风机进行通风冷却；6日15点50分进入炉膛内部查看爆管详细情况。2.2 爆管位置2.2.1 爆管位置及情况1、经查看确认后屏出口第十七排第八根（材料规格519.5， 材质 A-213S30432）爆管（图2）；另外后屏过热器第十八排第十七根（规格519.5，材质A-213S30432）、第十八排第十八根（规格519.5，材质 A-213S30432）、第十八排第十九根（规格5111，材质 SA-213TP310HCbN）、第十四排第一根（规格63.58，材质A-213S30432）、流体间隔管
4、一根（后屏第十四与十五之间，规格519，材质 SA-213TP347H）均被蒸汽吹爆。图2:后屏过热器出口第十七排第八根爆管段图2、经查看确认高温过热器第二十排第九根（规格519，材质A-213S30432）；第二十一排第八根（规格519，材质A-213S30432）也被蒸汽吹爆（图3）。图3:高温过热器第二十排第九根爆管段图（表面冲刷减薄后爆管特征明显）2.2.2 高温过热器蒸汽吹损管道变薄位置及情况经查看确认以下高过管道受蒸汽吹损变薄：第二十排第7.8.9.10.11根（规格519，材质A-213S30432）；第二十一排第7.8.9.10.11根（规格519，材质A-213S30432）
5、；第二十二排第5.6.7.8.9.10.11根（规格519，材质A-213S30432）；第二十三排第一根（规格608，材质A-213S30432）；第二十三排第3根（规格517，材质A-213S30432）。2.3 爆管原因分析1、从爆管断口观察，附近管段胀粗明显，断口为开放性断裂，壁厚无明显减薄。对爆管段和同型号规格的备用管子进行金相 (400倍)图片比对分析（图4），发现爆管部位金属组织相比备用管子的金相组织（图5），晶粒变化明显，晶粒呈现不规则变形，部分晶粒严重粗大，局部晶界已经破坏，基本判断为超温状况下金属组织发生相变所致。 图4：爆管断口边缘组织 图5：备用管金相组织分析图2、在运
6、行过程中发现后屏过热器个别管子（18屏4号和13号）壁温测点超温严重，最高温度达到651。如因燃烧调整不当，会产生同位置大面积管屏超温，因此基本排除由燃烧调整不当造成管壁超温爆管的因素。3、经过金相特检院对爆管材质进行光谱分析，材质和设计材质相符，可排除材质不符造成爆管的因素。分析结果如下表：爆管段的化学元素含量检测结果后屏炉前后屏炉后高过炉前21排第8根后屏弯头化学元素含量偏差+/-含量偏差+/-含量偏差+/-含量偏差+/-Mo0.260.020.260.020.110.010.320.02Nb0.510.030.450.030.510.030.450.03Cu*3.220.273.060.
7、272.910.242.850.21Ni8.970.498.480.478.430.428.890.39Fe67.920.7367.90.7167.990.6568.030.59Mn0.770.290.90.30.690.270.830.24Cr18.050.4218.470.4218.650.3818.040.34Sb00.150.070.150.080.1300.11Sn0.050.080.080.080.050.070.030.06Pd00.0200.0200.0200.02Ag0.060.050.110.080.120.080.110.08Al040040040040Zr00.0100
8、.0100.0100.01Bi00.0100.0100.0100.01Pb00.0100.0100.0100.01Se00.0100.0100.0100.01W0.030.080.040.0800.060.010.06Zn00.04Co00.360.150.370.310.340.190,30Ti00.310.010.170.070.1600.254、为了检验锅炉厂安装的节流孔尺寸是否符合设计要求，现场对17、18屏管排的节流孔尺寸通过拍片后测量，设计尺寸为17屏8号管10.6mm（爆管源）,18屏10号管9.7mm（运行监测显示超温）,底片节流孔实际测量尺寸基本符合设计要求（综合考虑了射线透
9、照的几何偏差）。5、经过对分隔屏、后屏、高过所有节流孔拍片后的评定，发现超温管屏的节流孔内均存在异物堆积甚至堵塞，共发现14处，其中分隔屏1处，后屏7处，高过6处，典型照片如图6：图6：节流孔底片（存在异物堆积，右边片号266为第18屏11号管）2.4 13处有异物的节流孔管的布置位置图（图7）图7：过热器节流孔检查有异物管示意图2.5 堆积的异物分析12月12日通过割开节流孔板后，发现堆积的异物大部分为制造厂的加工刨花，小部分氧化物堆积，典型照片如图8： 图8：割管发现大量堆积的异物（左为最大的一块刨花异物）2.6 结论综合以上检测和分析，造成本次超温爆管的主要原因是：后屏过热器节流孔因异物
10、堵塞后，蒸汽流通量减小，导致冷却不够，管壁金属超温造成爆管。3 爆管检查处理情况3.1 受损受热面检查及处理情况经过检查，将所有爆裂和吹损的管子进行了割管，后屏过热器共8根，高温过热器21根管，已进行恢复，直段使用管材和经过光谱分析，与原材质相同。3.2 检查处理工作情况针对前两次检查及本次爆管情况，对本次爆管进行了如下检查处理工作：1、安排热工院相关人员对分隔屏入口4个集箱、出口2个集箱、高过入口集箱、后屏入口集箱打开手孔用内窥镜进行了检查，未发现异物。2、对分隔屏节流孔544个、后屏过热器节流孔525个、高过节流孔725个全面拍片检查（检查结果前面已说明，为分隔屏节流孔1个，后屏过热器节流
11、孔7个，高过节流孔6个），对检查有问题的节流孔进行割管清除。3、炉管报警系统：本工程炉管泄漏检测系统采用深圳东方锅炉控制有限公司产品，共计42套，炉管泄漏检测系统在初次运行时，只设置了默认的泄漏报警值为55分贝（满量程为100），频率按其它现场经验设置，并未对每个探头在锅炉正常运行噪声的基础上对泄漏报警值单独标定，此工作需在锅炉从0到满负荷全程有一次完整的噪声历史记录的基础上进行。目前已经将相关数据传至厂家对泄漏报警值重新标定，并保证在这次抢修后启动前完成该工作并能正常使用。4 此次爆管暴露的问题及应吸取的教训通过上面分析可知，此次爆管系锅炉制造过程中刨花及安装过程中氧化物部分堵塞过热器截流孔
12、，冷却蒸汽流量不够，造成过热爆管。因杂物较大，是无法通过冲管将之彻底清除的。此次爆管暴露出在设备制造、设备监造、安装过程质量控制、试验、验收检查、调试等诸多环节不同程度的存在把关不严。因此，在今后同类型大型火电建设中我们要增强质量意识，层层把关。1、设备监造人员必须掌握制造过程的质量工艺控制标准，大型试验及重要关口必须到场，并严格审查试验及验收报告。2、受热面安装过程的通球试验、探伤、拍片必须严格按照规程规范及合同约定认真进行，对发现的问题必须严格整改到位。3、机组调试过程本身就是一个不断发现缺陷，不断整改的过程，对参数异常变化务必引起高度重视，认真分析，及时处理。4、充分发挥工程监理的作用，认真履行方案报审、旁站监理、阶段性验收等工程监理制度。及时发现隐蔽工程内在质量问题并在覆盖前整改到位。