某電廠啟動爐過熱器管屏失效分析

段文龍

（廣東粵電云河發(fā)電有限公司，廣東云浮527300）

0 引言

某電廠有一臺啟動爐，為雙鍋筒縱置式自然循環(huán)蒸汽鍋爐，爐膛為膜式壁，D型布置，鍋爐型號為SZS20-1.3/350-Y，為大型電廠的啟動鍋爐，生產(chǎn)廠家為江西江聯(lián)意高能源設(shè)備有限公司。此啟動爐作為電廠兩臺300 MW循環(huán)流化床鍋爐的啟動用鍋爐，自2010年8月投產(chǎn)后，運行至2014年8月發(fā)現(xiàn)過熱器管失效，失效的管子材質(zhì)為15CrMo，規(guī)格為φ38×3.5。本文從專業(yè)技術(shù)角度對失效管子進行分析后，找出了失效原因，并提出了相關(guān)改進措施。

1 外觀形貌檢查分析

經(jīng)外觀檢查發(fā)現(xiàn)啟動爐過熱器管已嚴重變形，內(nèi)壁有明顯鼓包，內(nèi)、外壁氧化嚴重，管子開裂，屬于嚴重過燒現(xiàn)象。外觀圖片如圖1所示。其中已泄漏管子位于爐內(nèi)最外側(cè)向火面，有10個管屏的最外側(cè)管子已經(jīng)爆漏，材質(zhì)老化嚴重，泄漏位置的管材已經(jīng)炭化。內(nèi)、外表面都有很厚的氧化皮，氧化皮厚度約1 mm，且輕敲管壁就會脫落，整根管子開裂。具體圖片如圖2所示。

圖1 過熱器管屏爐內(nèi)14屏上部位置圖片

圖2 已爆漏管子外觀形貌

2 材質(zhì)分析

經(jīng)用尼通Xl2 800S光譜分析儀測量該管材質(zhì)為15CrMo，該材質(zhì)參數(shù)與設(shè)計圖紙相符，如表1所示。

表1 過熱器管材質(zhì)分析結(jié)果

3 硬度分析

對過熱器管進行硬度測量，上彎頭位置，硬度值為HB95～HB100（15CrMo材質(zhì)的合格硬度范圍為HB115～HB178）；下彎頭位置，硬度值在HB80～HB90。該過熱器管硬度值低于該材質(zhì)硬度要求范圍。

4 金相分析

對爐內(nèi)過熱器蛇形管最外側(cè)管上部和下部位置取樣進行金相分析，所得圖片如圖3、圖4所示。放大倍數(shù)：500；腐蝕劑：4%的硝酸酒精溶液。分析結(jié)果圖3金相組織為珠光體+鐵素體，晶間有碳化物析出，晶界碳化物呈鏈狀，球化級別為4級。圖4金相組織為珠光體+鐵素體，珠光體區(qū)域形態(tài)特征不明顯，晶界有碳化物聚集，碳化物粒度增大，球化級別為5級。

圖3 過熱器管上部取樣管金相分析圖片

圖4 過熱器管下部取樣管金相分析圖片

5 原因分析

通過以上分析結(jié)果可以看出，該過熱器管材質(zhì)符合要求，硬度偏低，金相組織球化嚴重，初步懷疑該管存在超溫現(xiàn)象。經(jīng)查規(guī)程，該過熱器管材質(zhì)可用于工作溫度不高于560℃，工作壓力不限的受熱面管。查啟動爐說明書，該啟動鍋爐過熱器額定蒸汽壓力為1.3 MPa，過熱蒸汽溫度為350℃，遠低于該材質(zhì)的使用限值，按設(shè)計溫度應該不存在超溫現(xiàn)象。

經(jīng)查廠家設(shè)計圖紙，該啟動爐過熱器由進口集箱、蛇形管和出口減溫集箱組成。上鍋筒飽和蒸汽由兩根φ108×4.5的連通管引入過熱器進口集箱分配均勻進入蛇形管。蛇形管由φ38×3.5管子彎制，雙管圈組成，布置在對流管束前部，材質(zhì)為15CrMo（為本次失效管子）。飽和蒸汽經(jīng)過蛇形管加熱后成為過熱蒸汽進入過熱器出口集箱，將溫度調(diào)整到額定范圍后送出。過熱蒸汽采用噴水減溫，調(diào)整幅度為20～100℃。

本鍋爐的燃燒設(shè)備布置在鍋爐前墻爐膛中間位置，燃油系統(tǒng)設(shè)計壓力為2.5 MPa。而過熱器管就布置在燃燒設(shè)備側(cè)面，離燃燒設(shè)備2 m的位置。根據(jù)運行觀察，燃燒設(shè)備點火時火焰的中心位置正好位于過熱器蛇形管位置。該啟動爐爐膛煙氣溫度為0～1 500℃，爐膛出口最高煙氣溫度為0～1 200℃，也就是說，按照設(shè)計工況，爐內(nèi)溫度可能超過1 000℃，而已泄漏的管子都是直接布置在爐膛內(nèi)。

經(jīng)查運行規(guī)程，運行每月要試點油槍兩次，因之前沒有對啟動爐試點油槍專門制定相關(guān)的操作規(guī)程，每月的試點油槍操作完全由運行值班人員自己完成。經(jīng)查相關(guān)操作記錄，基本都是直接對油槍進行點火操作，而沒有按正常的啟動爐啟爐要求，先對系統(tǒng)上水后再進行點火操作，造成在每次的啟動鍋爐點火試驗過程中，啟動爐內(nèi)的受熱面管都處于干燒狀態(tài)，特別是過熱器蛇形管外側(cè)，因為靠近油槍，基本處于爐膛溫度最高的位置。由此可知，該啟動爐在每月兩次的運行試點油槍過程中，過熱器管都是在高溫下運行，因沒有對系統(tǒng)進行上水，造成管內(nèi)沒有介質(zhì)流動，帶走熱量，管子處于嚴重超溫狀態(tài)。

由此可以判定過熱器管是因為在每次的運行試點火過程中處于嚴重超溫干燒狀態(tài)，使得其承受的溫度遠高于該材質(zhì)溫度使用極限，長此以往，管子內(nèi)外壁逐步氧化開裂，最終發(fā)生泄漏，嚴重的管子已經(jīng)炭化。

6 結(jié)論及改進措施

（1）廠家設(shè)計結(jié)構(gòu)不合理，啟動爐燃燒設(shè)備的位置和設(shè)計壓力，剛好造成油槍點火后火焰中心點位于過熱器蛇形管旁。改進措施一是改變油槍位置，盡量使火焰中心點遠離管道位置；二是降低油槍壓力，現(xiàn)階段控制壓力在1.3～1.6 MPa之間，這樣每次點火后火焰中心點離過熱器蛇形管約有1 m的距離。

（2）運行在每次的啟動爐試點火操作中，沒有先對系統(tǒng)進行上水操作，點火時導致鍋爐干燒。改進措施是制定啟動爐操作規(guī)程，在操作規(guī)程中明確每次運行在試點火時要先對系統(tǒng)進行上水操作，并做好相關(guān)記錄。

（3）本次過熱器管失效事件也反映出檢修人員平時對啟動爐的檢查維護力度不夠。按以上分析，該啟動爐的蛇形管在失效之前應該存在漲粗、變色等很容易檢查出的外觀現(xiàn)象，但因為啟動爐使用頻率過低，之前沒有列入日常檢查范圍。改進措施是檢修維護人員每年對啟動爐進行一次外觀檢查，如有必要還需進行無損探傷檢查。

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