350MW超临界循环流化床锅炉屏式过热器爆管原因分析

350MW超临界循环流化床锅炉屏式过热器爆管原因分析

燕学军 

晋控电力山西工程有限公司  山西   太原     030006

【摘  要】  对某热电厂350MW超临界循环流化床锅炉屏过爆管事故原因进行了分析，找出了爆管的原因，提出了预防性措施和检修过程中的工艺措施，对公司内部同类型机组预防机组非停具有一定的参考作用。

【关键词】  循环流化床锅炉  屏式过热器   耙钉  浇注料

一、概况

某热电有限公司#1炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司自主开发设计、制造的具有自主知识产权的超临界循环流化床锅炉。锅炉型号是HG-1189/25.4-L.MG1锅炉，采用循环流化床燃烧方式，锅炉是采用单炉膛、单布风板、M型布置、平衡通风、一次中间再热、超临界压力变压运行直流锅炉，锅炉为全钢架、全悬吊结构，锅炉以最大连续负荷1188.6h/t为设计流量。机组于2019年12月投产。

2021年7月12日15时40分，#1炉高过出口壁温测点“20”（前墙左侧第二屏高过出口联箱下部最外侧管）异常超温报警，就地实测581℃；2021年7月13日，跟踪实地测量高过出口壁温测点“20”，壁温持续升高；2021年7月13日21点19分，#1炉高过出口壁温测点“19”异常上涨。2021年7月13日23点30分，#1机给水流量大于主汽流量78T/h；2021年7月14日0点17分，#1机给水流量大于主汽流量200T/h；2021年7月14日0点42分，#1机组无法坚持运行，紧急停运。

二、爆口位置及管屏损伤情况

2021年7月16日进入左侧水平烟道用强光手电照射左侧高过管屏，发现左侧第二屏先不内火浇注料部分脱落，过热器最外圈管弯头移位向右侧偏转约180度，与管屏贴合，管屏部分耐火浇注料脱落，未观察到其他管道损坏情况。如图所示：

7月16日晚上10点脚手架搭设完成，验收合格后上去检查。检查发现第二片高过管屏第44号（图纸编号）管上有三个泄漏点；其中一个漏点位于弯头背弧处，爆口直径约6mm左右,其周围有有一些小的爆口，Ø6mm爆口周围有不规则冲刷沟槽，且呈放射状分布；另一个漏点位于弯头内弧，爆口约10×20mm，其周围有较为平滑的冲刷痕迹；第三个漏点位于弯头上方起弧点上方右侧，爆口较大，呈菱形状，爆口约159×76mm。

另外第二片管屏上有15根管被吹损，有不同程度的泄漏点；左侧第三片高过管屏上有11根管被吹损而泄漏，见下图。

三、爆管原因分析

1.第二片管屏第44根管产生扭转变形的原因

从现场爆口形状和损伤管之间的相对位置关系分析，造成第二片管屏第44（管屏最外侧）根管变形并扭转180度的原因，是由于其上第三个爆口，即最大的菱形爆口，由于其位于弯头右侧，管子突然爆开后，管内蒸汽向炉内喷出，产生巨大的反作用力，且该反作用力垂直于管屏平面，此作用力距离弯头两端的固定点最远，在巨大的扭转力矩的作用下，弯管开始扭转，在扭转过程中与第三片管屏发生碰撞，使爆口变形，由喇叭状变成菱形，直至弯管转向与管屏贴合，形成现场观察到的现象。

2.第二屏、第三屏管排爆口的原因

第44根管转向与管屏贴合后，其较大爆口喷射出的蒸汽吹向第二屏和临近的第三屏，使得第二屏上第30-43号管和第三管屏上第31-41号管被吹损减薄，并产生不同大小的爆口。

3.第二管屏44根管上第三个爆口产生的原因

从现场管上爆口形状分析，破口较（约160×80mm）大，呈喇菱形，破口边缘锐利减薄较多，爆口边缘最薄处约为 4.3mm。断裂面光滑，破口两侧呈减薄撕裂状，符合短期过热爆管的特征。

4.受热面管短期过热的原因

受热面馆产生短期过热的原因有两种可能，一种可能认为过热是由于管内有异物堵塞使得管内蒸汽流量不足从而造成受热面管短时过热；另一种认为过热是由于该管弯头上焊接的耙钉焊缝产生裂纹，造成弯头首先泄漏，泄漏使得管内蒸汽流量不足从而造成受热面管过热；

第一种可能原因分析：从短期过热爆管案例来看，大多是管内异物堵塞造成的，受热面管内异物在移动到焊口、弯头、变径等处极容易住，该过热管有弯头、弯头前后有焊口、弯头上部有变径管，从Ø60×9.5mm变到Ø51×10.5mm，有卡住异物的可能。而査阅运行管壁温度监视记录也符合管内有异物堵塞特征。经割管检查未找到堵塞异物，一方面由于暴口较大，另一方面管道爆裂后产生剧烈移动，异物有可能从爆口冲出。另外从现场观察爆口与弯头的相对位置关系，推断弯头处的漏点可能是爆口冲刷产生的。因此管内异物堵塞使得管内蒸汽流量不足从而造成受热面管过热的存在疑点。

第二种可能原因分析：Ø6mm弯头爆口应该是从裂纹逐渐发展而成的，其对流量的影响也是逐渐增大的，因此引起管内流量不足而造成的管壁温度也应该是逐渐升高的，而检查停炉前运行管壁温度监视记录显示，管壁温度是突然升高，造成10分钟内管壁温度升高近120℃（从588℃升到705℃）。这样大小的爆口对管内流量的影响能否引起管壁温度突然升到如此之高，需要进一步验证。

将爆裂管段送检验单位检验，发现弯头处泄漏点尖端处金相组织为铁素体+少量珠光体+碳化物，组织老化达到 3.5 级左右；泄漏点附近组织发现较长裂纹，裂纹穿晶扩展，另外距离泄露点不远处外壁也发现有裂纹萌发延伸。

四、结论与措施

1.结论：根据以上分析，初步推断造成本次爆管的原因是第二片管屏，第44根管由于管道弯头上焊接的耙钉焊缝产生裂纹，造成弯头首先泄漏，使得管内蒸汽流量不足而使该管壁温急剧升高，造成该管短时超温爆管，管道爆裂后，从爆口喷出的高速蒸汽流产生的反作用力是管道扭曲变形，并吹伤爆口两侧的管屏，最终造成紧急停炉。

   2.采取的措施

（1）停炉检查时，要重点对炉内受热面上的浇注料的完好情况进行检查，对浇注料有裂纹或脱落部位的受热面进行检查，受热面磨损或有裂纹是应进行更换。

（2）要严格控制好浇注料的材料质量和施工工艺质量。

（3）加强管道焊接管理，做好防止异物落入管道的措施；严格执行焊接工艺和焊接检验。

参考文献

1．岑可法，倪明江，等，循环流化床锅炉理论设计与运行，中国电力出版社，1998.5。

2.吕俊复，张建胜，岳光溪，循环流化床锅炉运行与检修，中国水利水电出版社，1998.5。

3. HG-1189/25.4-L.MG1型循环流化床锅炉说明书。

4. HG-1189/25.4-L.MG1型循环流化床锅炉运行规程。