某廠2x 300 MW機(jī)組的鍋爐為上海鍋爐廠引進(jìn)美國(guó)CE公司技術(shù)生產(chǎn)的亞臨界中間再熱控制循環(huán)汽包爐。燃燒器為四角切圓布置，采用上下濃淡分離、一次風(fēng)噴嘴和同心反切燃燒技術(shù)。末級(jí)過(guò)熱器（簡(jiǎn)稱末過(guò)）管材為鋼102 (12Cr2MoWVTiB)，規(guī)格為Q51 mm×7.5 mm。末級(jí)過(guò)熱器共計(jì)有81排，每排4根管，形成4套管。過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)中設(shè)有二級(jí)噴水減溫：一級(jí)噴水減溫器布置在低溫過(guò)熱器與分隔屏之間，二級(jí)噴水減溫器布置在后屏與末過(guò)之間，減溫水來(lái)自給水泵出口。為節(jié)約鍋爐啟動(dòng)及助燃用油，在燃燒器B層上安裝了微油點(diǎn)火系統(tǒng)，此后，鍋爐的末級(jí)過(guò)熱器41排在2次機(jī)組啟動(dòng)后不久都發(fā)生了爆管事故。
1、爆管事故概況
    事故1：2008年8月20日20:53，機(jī)組啟動(dòng)后不久，負(fù)荷240 MW，再熱汽溫突升，熱井補(bǔ)水量增大，就地檢查發(fā)現(xiàn)IK15長(zhǎng)吹灰器處往外冒蒸汽，有泄漏聲，停爐后發(fā)現(xiàn)末級(jí)過(guò)熱器處爐左數(shù)第41排前數(shù)第2根管爆泄，有上下2個(gè)爆泄口，上爆口離下彎頭約480 mm，爆口尺寸為42 mm×2 mm，管子外徑脹粗鼓包明顯，爆口周圍有龜裂跡象，管子外表面有部分氧化皮脫落。下爆口在上爆口下方100 mm處，下爆口較大，呈窗口狀，長(zhǎng)寬尺寸為62 mm×40 mm，管壁垂直外翻90°，邊緣鋒利、減薄明顯，最邊緣厚不到lmm，如圖l所示。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(shí)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。
    事故2：2008年12月25日21: 33，機(jī)組啟動(dòng)后不久，運(yùn)行人員巡查發(fā)現(xiàn)47 m層有泄漏聲。停爐后檢查發(fā)現(xiàn)末級(jí)過(guò)熱器處爐左數(shù)第41排前數(shù)第7根泄漏，在U型上方約800 mm的焊口上有2條開(kāi)口的縱向裂紋。管子外徑脹粗鼓包明顯，泄漏裂紋周圍有龜裂跡象，管子外表面有部分氧化皮脫落過(guò)熱宏觀特征，如圖2所示。
2、原因分析
    從爆管裂紋來(lái)看，過(guò)熱特征明顯并且基本屬于短期過(guò)熱型。過(guò)熱爆管主要與過(guò)熱器長(zhǎng)期超溫過(guò)熱和異物堵塞短期過(guò)熱有關(guān)。
2.1長(zhǎng)期超溫過(guò)熱
    根據(jù)四角切圓燃燒鍋爐的特點(diǎn)，爐膛出口處氣流殘余旋轉(zhuǎn)為順時(shí)針?lè)较�，末�?jí)過(guò)熱器煙氣溫度場(chǎng)呈左高右低的特征，但實(shí)際上末過(guò)管壁溫度卻呈兩側(cè)低中間高的“M型”，見(jiàn)圖3。這是由于蒸汽流量不均與煙氣溫度場(chǎng)不均存在不一致所導(dǎo)致。另外，末過(guò)左右兩側(cè)管壁溫度偏差不大，且管壁溫度均在正常范圍內(nèi)。從歷史趨勢(shì)看，末過(guò)管壁溫度最高從未超過(guò)580℃。41排管壁溫度在所有管排中較低，發(fā)生超溫爆管機(jī)率遠(yuǎn)小于其它管排，因此可以排除長(zhǎng)期超溫爆管的可能。
2.2水（汽）塞過(guò)熱
    鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)前，過(guò)熱器管束下部U型管內(nèi)，可能因各種原因存有積水或者在低負(fù)荷時(shí)大量噴水減溫，由于霧化不良，留存積水在過(guò)熱器U型管內(nèi)形成水塞，造成過(guò)熱器管束內(nèi)介質(zhì)停滯，使得過(guò)熱器管束管壁溫度急劇上升，發(fā)生超溫，導(dǎo)致過(guò)熱器爆管（見(jiàn)圖4）。當(dāng)過(guò)熱器發(fā)生水塞時(shí)，過(guò)熱汽溫及管壁溫度會(huì)急劇上升，但從末級(jí)過(guò)熱器壁溫變化趨勢(shì)（圖5）看，爆管前壁溫上升緩慢，并未發(fā)生突變，因此可以排除發(fā)生水塞爆管的可能。
2.3氧化皮脫落堵塞過(guò)熱
    鍋爐金屬管在高溫水蒸汽環(huán)境下產(chǎn)生氧化皮屬于正常現(xiàn)象，氧化皮脫落導(dǎo)致過(guò)熱器、再熱器爆管的問(wèn)題在超（超）臨界機(jī)組中比較常見(jiàn)，但亞臨界機(jī)組發(fā)生氧化皮脫落卻較少見(jiàn)。氧化皮脫落的條件是氧化層達(dá)到一定厚度的臨界值(通常不銹鋼為0.1mm)或溫度變化幅度大，速度快，頻率高。由于管子金屬材料的線膨脹系數(shù)比氧化皮線膨脹系數(shù)大得多，所以當(dāng)過(guò)熱器或再熱器在啟動(dòng)或停爐時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的脹差而促使氧化皮脫落。
    根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)表明，粗晶奧氏體不銹鋼管(12Cr2MoWVTiB)過(guò)熱器，設(shè)計(jì)出口溫度為540℃左右的鍋爐可能會(huì)在運(yùn)行3萬(wàn)h后首次出現(xiàn)氧化皮脫落。該鍋爐自2001年5月正式投運(yùn)以來(lái)運(yùn)行時(shí)間已遠(yuǎn)超4萬(wàn)h，根據(jù)測(cè)試過(guò)熱器氧化皮層厚度遠(yuǎn)低于臨界值，但在過(guò)熱器爆管之前金屬溫度劇烈變化現(xiàn)象卻較為明顯。
    (1)第1次過(guò)熱器爆管前15d內(nèi)因水冷壁泄漏啟停多次，停爐后采用了通風(fēng)冷卻；第2次爆管前2天發(fā)生鍋爐MFT甩負(fù)荷。以第2次爆管事故為例，對(duì)其原因進(jìn)行具體分析。
    12月22日15:00鍋爐MFT．23日21: 20點(diǎn)火啟動(dòng)，24日10:33機(jī)組并網(wǎng)，25日21:33運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)末級(jí)過(guò)熱器爆管，從機(jī)組點(diǎn)火啟動(dòng)到發(fā)現(xiàn)爆管時(shí)間較短。
    從圖6中知，機(jī)組點(diǎn)火至并網(wǎng)前管壁溫度呈鋸齒型大幅度波動(dòng)，遠(yuǎn)大于正常啟動(dòng)時(shí)壁溫變化，機(jī)組并網(wǎng)后二級(jí)減溫器大量噴水導(dǎo)致汽溫及壁溫大幅波動(dòng)，以上這些原因均有可能引起氧化皮脫落。
    (2)安裝的微油點(diǎn)火系統(tǒng)在啟動(dòng)過(guò)程中，由于煤粉燃燒不完全，火焰中心上移，爐膛出口煙溫高。在初負(fù)荷時(shí)由于屏式過(guò)熱器出口溫度易超溫，故不得不采用多投減溫水的辦法來(lái)防止超溫，減溫水頻繁投用使過(guò)熱汽溫及壁溫大幅波動(dòng)。從末過(guò)管系結(jié)構(gòu)分析，末過(guò)共81排，左數(shù)第41排前數(shù)第2根管正處于進(jìn)口聯(lián)箱中間位置，對(duì)應(yīng)其正上方為二級(jí)減溫器噴嘴位置。
    根據(jù)以上分析比較，這兩次爆管符合氧化皮脫落堵塞短期過(guò)熱爆管的特征，因此這兩次爆管主要與氧化皮脫落堵塞過(guò)熱有關(guān)。
3、氧化皮脫落和防范措施
    在機(jī)組啟停過(guò)程中，管子的溫度變化幅度最大，管內(nèi)氧化皮最容易剝落。特別是緊急停爐時(shí)，由于爐膛溫度急冷，壁溫驟降，很容易造成氧化皮脫落。加之在啟動(dòng)初期蒸汽流量較小，不能迅速地將剝落的氧化皮帶走，等到大流量時(shí)，已經(jīng)在管徑較小的彎頭處形成堵塞，就會(huì)產(chǎn)生超溫。另外，啟動(dòng)過(guò)程中噴水減溫導(dǎo)致管壁金屬溫度劇烈變化也是導(dǎo)致氧化皮剝落原因之一，所以氧化皮堵塞造成的爆管大多發(fā)生在啟動(dòng)后短時(shí)間內(nèi)，可以采取以下防范措施：
    (1)嚴(yán)格控制鍋爐升降負(fù)荷速度，避免啟停頻繁，減小熱沖擊。
    停爐過(guò)程中嚴(yán)格按照規(guī)程要求執(zhí)行，嚴(yán)格控制降溫率＜1.5℃/min，停爐后保持悶爐狀態(tài)。當(dāng)空預(yù)器進(jìn)口煙溫降至204℃方可開(kāi)啟送風(fēng)機(jī)通風(fēng)冷卻，鍋爐泄壓后方可啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行。
    啟動(dòng)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制鍋爐溫升率，特別是微油改造后啟動(dòng)初期溫升率難以控制時(shí)應(yīng)投大油槍運(yùn)行，避免汽溫急劇升高。啟動(dòng)過(guò)程中，在60MW負(fù)荷之前禁投二級(jí)減溫水，避免汽溫及壁溫劇烈波動(dòng)。啟動(dòng)初期，通過(guò)開(kāi)啟汽機(jī)高低旁對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行大流量低壓沖洗，將已沉積的氧化皮沖走。在啟動(dòng)和升負(fù)荷期間，注意監(jiān)視管壁溫度變化，發(fā)現(xiàn)異�？梢圆捎每焖偕�降負(fù)荷變壓沖洗。
    (2)建立長(zhǎng)效的爐管監(jiān)視體制，運(yùn)行中加強(qiáng)對(duì)汽溫及管壁溫度監(jiān)視和調(diào)整，加強(qiáng)爐膛吹灰降低過(guò)再熱器壁溫。加強(qiáng)鍋爐燃燒調(diào)整，減小煙溫偏差，避免局部過(guò)熱超溫。
    利用停爐機(jī)會(huì)進(jìn)行射線檢查，特別是對(duì)減溫器及垂直管屏底部割管檢查氧化物生成情況。
    (3)增大管屏彎管的彎曲半徑，以減輕氧化皮剝落后的管內(nèi)截面方向堵塞程度。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(cuò)的選擇。
4、結(jié)語(yǔ)
    在鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)初期，由于溫升率變化過(guò)快、初負(fù)荷投減溫水等原因?qū)е逻^(guò)熱器氧化皮脫落，從而引起過(guò)熱器爆管。為了避免該類事故的發(fā)生，建議嚴(yán)格控制鍋爐升降負(fù)荷速度，避免啟停頻繁，減小熱沖擊。同時(shí)建立長(zhǎng)效的爐管監(jiān)視體制，加強(qiáng)對(duì)蒸汽和管壁溫度監(jiān)視，防止管壁超溫，減少發(fā)生爆管的機(jī)率。