0、引言
湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)沙電廠）#l機(jī)組于2007年10月2日初帶負(fù)荷試運(yùn)中，鍋爐高負(fù)荷累計(jì)運(yùn)行不到10h就發(fā)生了末級(jí)過(guò)熱器管爆漏。需要指出的是，同類型鍋爐末級(jí)過(guò)熱器在調(diào)試期間也曾多次發(fā)生末級(jí)過(guò)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(jí)過(guò)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(guò)熱器
長(zhǎng)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(jiǎn)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(jì)制造的國(guó)產(chǎn)超臨界參數(shù)、變壓、直流、本生型鍋爐，其型號(hào)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(dòng)分離系統(tǒng)。
該爐采用前后墻對(duì)沖燃燒方式，設(shè)計(jì)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(guò)熱器，水平煙道依次布置末級(jí)過(guò)熱器和末級(jí)再熱器，尾部豎井的四周為包墻過(guò)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(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。
過(guò)熱器系統(tǒng)流程：頂棚過(guò)熱器一包墻過(guò)熱器一一級(jí)過(guò)熱器一一級(jí)噴水減溫器一屏式過(guò)熱器入口匯集集箱一屏式過(guò)熱器人口小集箱一屏式過(guò)熱器出口小集箱一屏式過(guò)熱器出口匯集集箱一二級(jí)噴水減溫器一末級(jí)過(guò)熱器。
末級(jí)過(guò)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(guó)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(yùn)行、爆漏及檢查情況
2.1機(jī)組運(yùn)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(yùn)過(guò)程，機(jī)組負(fù)荷在480 MW以上運(yùn)行不到10h，于10月2日發(fā)末級(jí)過(guò)熱器爆漏，此時(shí)鍋爐主汽壓力21 MPa、主汽溫度550℃，煙風(fēng)、汽水系統(tǒng)無(wú)異常，末級(jí)過(guò)熱器管壁壁溫最高為560℃。
2.2爆漏情況
爆漏部位在末級(jí)過(guò)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(jí)。
對(duì)爆漏的管子外觀、測(cè)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(yàn)，從獲取爆漏樣及現(xiàn)場(chǎng)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?yàn)槎唐谶^(guò)熱。
2.3末級(jí)過(guò)熱器入口聯(lián)箱檢查情況
用內(nèi)窺鏡檢查末級(jí)過(guò)熱器入口聯(lián)箱，發(fā)現(xiàn)聯(lián)箱中存在長(zhǎng)660哪、寬40mm、厚4mm的扁鋼，扁鋼兩邊均勻點(diǎn)焊，其一端有明顯新斷裂痕跡，對(duì)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(lái)源
過(guò)熱器二級(jí)減溫器前后的導(dǎo)汽管在安裝前已清理。對(duì)于屏式過(guò)熱器出口聯(lián)箱、末級(jí)過(guò)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(duì)聯(lián)箱內(nèi)部進(jìn)行了檢查確認(rèn)，并在吹管后打開(kāi)手孔，未發(fā)現(xiàn)有異物存在，因此，該扁鋼不應(yīng)來(lái)自聯(lián)箱，而是來(lái)自過(guò)熱器二級(jí)減溫器。經(jīng)對(duì)照過(guò)熱器二級(jí)減溫器圖紙，初步判定該扁鋼為減溫器制造過(guò)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(shí)確為減溫器混合管內(nèi)脫落的焊縫襯墊出現(xiàn)問(wèn)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(jí)過(guò)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(jí)過(guò)熱器聯(lián)箱設(shè)計(jì)為兩端進(jìn)汽，且在末級(jí)過(guò)熱器進(jìn)口聯(lián)箱設(shè)計(jì)了防止運(yùn)行中汽溫分布不均的節(jié)流孔。末級(jí)過(guò)熱器進(jìn)口聯(lián)箱管接頭管子為045 mm×8mm，其對(duì)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(jí)過(guò)熱器入口聯(lián)箱管接頭節(jié)流孔孔徑小，因此，從末級(jí)過(guò)熱器之前帶過(guò)來(lái)的雜物便在此被“截留”，扁鋼便被堵在末級(jí)過(guò)熱器入口聯(lián)箱中間底部接頭節(jié)流孔處。在高負(fù)荷時(shí)導(dǎo)致末級(jí)過(guò)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(guò)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(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，異物堵塞易造成該部位的管子短期過(guò)熱爆漏。
3.3減溫器混合管拼縫處內(nèi)側(cè)襯墊脫落
過(guò)熱器二級(jí)減溫器采用笛形管直套筒噴水減溫器，其作用是通過(guò)減溫水吸收過(guò)熱蒸汽的熱量，使減溫水汽化并與過(guò)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(guò)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(jì)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(guò)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(jì)的過(guò)熱器二級(jí)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(jì)允許工作壓力27.4MPa，溫度為547℃。由于過(guò)熱器二級(jí)減溫器混合管拼接后長(zhǎng)度長(zhǎng)、直徑小，焊縫根部會(huì)產(chǎn)生尺寸較大的焊瘤，而工藝措施上無(wú)法徹底清除，焊瘤極易在運(yùn)行過(guò)程中脫落而堵塞高溫過(guò)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(diǎn)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(guò)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(shí)際上的襯墊材質(zhì)未按要求采用12CrlMoV，而用20號(hào)碳鋼，20號(hào)碳鋼最高允許溫度為480℃。襯墊與混合管僅僅是局部點(diǎn)焊，由于拼縫處兩端間距過(guò)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(shuō)承受50℃以下的溫度變化而又沒(méi)有其他附加應(yīng)力時(shí)，是不足以引起疲勞破壞的。但對(duì)20號(hào)碳鋼而言，該處溫度變化大、且超過(guò)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(diǎn)塑性變形就會(huì)造成襯墊疲勞，也就是在機(jī)組啟動(dòng)、運(yùn)行過(guò)程中，在交變熱應(yīng)力作用下20號(hào)碳鋼的襯墊與混合管就會(huì)分開(kāi)、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(cuò)的選擇。
3.4采取的措施
鍋爐過(guò)熱器二級(jí)減溫器混合管拼縫處內(nèi)側(cè)襯墊取出后，#1鍋爐末級(jí)過(guò)熱器再未發(fā)生類似的失效損壞。
4、結(jié)束語(yǔ)
(1) 600 MW超臨界鍋爐末級(jí)過(guò)熱器發(fā)生異物堵塞引起的短期過(guò)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(guò)熱器二級(jí)減溫器混合管襯墊材質(zhì)用錯(cuò)，導(dǎo)致襯墊脫落，并進(jìn)入末級(jí)過(guò)熱進(jìn)口聯(lián)箱，引起末級(jí)過(guò)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(duì)減溫器混合管襯墊進(jìn)行檢查、清理。
