超临界锅炉高温过热器T91管爆管原因分析及对策

超临界锅炉高温过热器T91管爆管原因分析及对策

朱瑜

朱瑜

华能海南发电股份有限公司电力检修分公司海南海口570311

摘要：通过宏观检验、理化性能试验及断口分析等方法，对超临界锅炉高温过热器T91管的爆管原因进行了分析，结果表明：爆管是由于管子内壁偏厚的氧化皮脱落造成管内介质流量减少而引起管子过热导致的。针对该问题，通过对T91钢等铁素体钢锅炉管进行内壁氧化皮厚度测量，并根据测量结果采取相应措施，可大大减少或避免由于氧化皮偏厚、脱落堆积引起的过热爆管事故。

关键词：超临界锅炉；T91管；氧化皮厚度；过热爆管

1前言

某电厂4号锅炉系超临界参数的350MW燃煤锅炉，过热器出口蒸汽温度为571℃。高温过热器逆流布置于水平烟道中，沿炉宽方向共有82屏，分冷段和热段，每屏由12根管子组成，管子横向节距为224mm，纵向节距为76.2mm，每屏管子均由外径为Φ38.1mm的多种壁厚的T23、T91及TP347H材料组成。2016年3月，高温过热器热段炉左数第16屏炉前数第5根发生爆管，爆管位置距下弯头约4m，材料为T91，规格为Φ38.1×7.96mm。4号锅炉自2008年1月投产至2016年3月爆管停机检修，已累计运行约6万小时。

2爆管原因分析

2.1宏观检验

爆口的宏观形貌如图1（a）、（b）所示，爆口呈喇叭形，纵向长约65mm，最宽处约70mm，爆口边缘较锋利，壁厚减薄明显，最薄处壁厚不足1mm；在爆口两端分别距爆口中心50mm处，测得外径分别为38.10mm、38.12mm，未见胀粗；在爆口横向张开最大位置处测得周长为121mm，外径胀粗为1.0%；爆口内壁的氧化皮已纵向开裂、脱落。从爆口位置处用内窥镜观察到的内壁典型形貌如图1（c）所示，该管段大部分位置的内壁氧化皮已发生片状脱落；抽查邻近管屏相同位置管子，内壁氧化皮未见明显脱落痕迹。

（a）爆口外观（b）爆口内壁形貌（c）内窥镜观察到的内壁

图1爆管宏观形貌

2.2金相检验

在爆口尖端位置（1号试样）、离爆口中心约1.5m的爆口上部处（2号试样）及相邻管段同标高位置处（3号试样）各加工金相试样，在OLYMPUSGX71型光学显微镜下进行显微组织分析和内壁氧化皮形貌观察，依据DL/T884-2004对显微组织进行老化评级。3个试样的显微组织和内壁氧化皮形貌分别如图2～图4所示，结果表明：1号试样的显微组织中晶界碳化物已成链状分布，晶内碳化物数量已减少，单个碳化物颗粒尺寸高达2.5μm，老化4～5级，属完全老化至严重老化；与1号试样相比，2号试样的显微组织中碳化物数量较多，单个碳化物颗粒尺寸较1号试样小，老化3级，属中度老化；3号试样的显微组织为回火马氏体，老化2级，属轻度老化。1号试样、2号试样的内壁氧化皮较疏松，局部位置已开裂、脱落，完整位置处的内壁氧化皮厚度为0.36mm；3号试样的内壁氧化皮较完整、致密，厚度为0.22mm。

（a）显微组织（b）内壁氧化皮

图21号试样的显微组织和内壁氧化皮形貌

（a）显微组织（b）内壁氧化皮

图32号试样的显微组织和内壁氧化皮形貌

（a）显微组织（b）内壁氧化皮

图43号试样的显微组织和内壁氧化皮形貌

3预防措施讨论

本案例中高温过热器过热爆管是由于管子内壁偏厚的氧化皮大量脱落、在下弯头逐步堆积，造成管内通流面积减小、冷却工质循环不够充分导致的[3]。

含Cr元素的铁素体钢管内壁氧化皮脱落物除了外层的Fe3O4和Fe2O3外，其内层氧化物（Cr，Fe）3O4通常也会一起脱落，一般以片状形式脱落[4、5]。T91钢等铁素体钢管子内壁氧化皮脱落主要取决于厚度是否偏厚、氧化皮与金属基体之间结合是否致密、两层氧化皮之间及氧化皮中是否存在分层、开裂等因素。工程经验表明，当铁素体钢管子内壁氧化皮厚度达到0.15～0.20mm时就有脱落倾向，越厚越容易脱落，越厚其脱落量也会相对增大。

综上所述，除了在停炉时对管子下弯头进行常规的氧化皮堆积检查外，还非常有必要对内壁氧化皮厚度进行测量，及时处理内壁氧化皮较厚、在启炉或运行过程中存在较大脱落倾向的管子，以避免由于氧化皮脱落堆积造成的管子超温爆管事故的发生。

4结语

本案例中超临界锅炉高温过热器T91管的爆管是由于管子内壁偏厚的氧化皮脱落造成管内介质流量减少而引起管子过热导致的。

针对本案例类似问题，通过对T91钢等铁素体钢锅炉管进行内壁氧化皮厚度测量，并根据测量结果采取相应措施，可大大减少或避免由于氧化皮偏厚、脱落堆积引起的过热爆管事故。

参考文献：

[1]DL/T654-2009，火电机组寿命评估技术导则[S].

[2]席与珩，刘丽梅，崔雄华，郑坊平.锅炉导汽管材质状态和蠕变剩余寿命评估[J].热力发电，2011，40（8）：8-11.