亞臨界300MW機組鍋爐墻式再熱器爆管原因分析

國家能源蓬萊發電有限公司 盧傳福

由于鍋爐墻式再熱器的實際運行情況直接影響再熱蒸汽的品質，所以在當前的鍋爐使用過程中，全面提高鍋爐墻式再熱器安全性和穩定性至關重要。由于當下的鍋爐參數正呈現持續提高的發展趨勢，由此引發再熱器爆管事故的發生概率成逐年遞增趨勢，不僅對機組的穩定運行構成了嚴重威脅，影響發電指標的完成和導致經濟效益降低，而且還直接影響到電網的正常調度。深入分析爆管原因從根源上解決爆管問題至關重要，必須從設計標準、設計選型、制造安裝、運行調試全過程努力，才能有效防止事故的發生。

本文結合以往的經驗可知，引發鍋爐再熱器爆管問題的主要原因種類較多，包括腐蝕、超溫、焊接以及開裂等相關問題屬于主要原因，當再熱器自身的材質以及工作過程中的磨損情況也會在一定程度上影響爆管發生概率。通常情況下，在鍋爐再熱器運行工作過程中發生爆管時，具體的問題發生部位和形態存在一定的相似性，由此可見，在實際的研究過程中應該找尋共性要素，進而深入分析具體的爆管原因是必要工作內容，有助于提高鍋爐再熱器的實際工作效率，也能夠從根源上保障機組整體的運行安全可靠性。

1 實例分析

本研究的亞臨界300MW機組鍋爐為SG-1025/18.3-M833型亞臨界、中間再熱控制循環、單爐膛燃煤汽包鍋爐，鍋爐采用雙進雙出鋼球磨制粉系統、直吹送粉、四角切圓燃燒、過熱器兩級噴水調溫，再熱器采用擺動噴燃器擺角調溫，再熱器出口壓力和溫度分別為3.63MPa和541℃，再熱蒸汽流量每小時834.8t。下文結合該類鍋爐進行相應的分析研究。

SG-1025/18.3-M833再熱器采用高溫布置的設置方式，以對流換熱為主，由于再熱器往往由三級組成，所以在實際安裝過程中，首先需要對墻式再熱器進行具體的規劃設置，將其安置在爐膛上部分貼附在前墻和兩側墻的水冷壁管位置，借助位置優勢，使其在后續工作中能夠直接有效地對爐膛的輻射熱量進行吸收轉化，之后在二三級再熱器的布置過程中，則應該選擇煙氣溫度相對更高的折煙角偏上位置進行安裝設置，借助折煙角的對流性質，有效完成再熱器的對流聯合布置任務以保障機組的后續工作效率。

在充分了解再熱器的具體組成情況前提下，技術分析人員才能更加準確地進行各項試驗操作，從而有效對爆管發生原因進行深入剖析。

2 試驗分析

宏觀形貌檢查。在發生爆管問題的情況下，工作人員應對實際的爆管情況進行全方位的檢查分析，首先應從宏觀形貌角度進行全面檢查，技術人員需要及時進入鍋爐內部進行外觀檢查工作，對爆管位置具體的分布情況和該部位的爆口分布情況，進行細致了解。根據爆管口的朝向以及爆管周圍管壁的薄厚分布情況，還有邊緣的粗質磨損痕跡，對整體的形貌有所了解，進而割取爆管采樣進行宏觀檢查，根據爆管位置的管橫截面形貌處具體腐蝕形態和深度開展原因分析并結合具體內壁腐蝕狀況，進一步擴大檢查范圍，從而更加全面深入的了解爆管原因。

化學成分分析。在完成基本的宏觀形貌檢查之后，相關人員應從微觀角度入手對爆管問題發生處的化學成分進行收集分析。在實際的成分分析過程中，首先應對爆管母材和爆管邊緣處的化學物質進行取樣，進而利用相關技術手段準確進行化學檢驗分析，詳細了解管道的具體化學成分，根據化學分析結果與再熱器的管道組成情況進行對比分析。根據爆管研究實例和相關分析工作，形成化學成分分析數據表如下，根據表1，在發生爆管時管道的化學成分與鍋爐鋼管的規范母材化學成分存在較強的一致性。因此，在實際工作中引發爆管的原因與母材化學成分組成要素之間的關聯性并不強。

表1 化學成分分析數據（%）

拉伸性能試驗。在管道的拉伸性能相對較強的情況下，發生爆管問題的可能性將會有所降低，在試驗過程中，相關人員應注重拉伸性能的試驗檢驗，在具體的操作階段，工作人員需要分別對正常的載熱器管道進行取樣，同時在爆管位置的爆口進行取樣，進行拉伸性能對比試驗。根據上述實例內容，通過實操獲得拉伸試驗數據如下。根據表2可知，正常管樣的屈服強度為384，而爆口管樣的屈服強度則為362明顯低于正常管樣；爆口管樣的抗拉強度，以及斷后延伸率同樣顯著低于正常管樣的相關數據。由此可見，在發生爆管問題的時候，爆口位置管道的力學性能未出現顯著的變化。

金相組織觀察。在開展金相組織觀察檢驗的時候，工作人員應選取墻再在爐后設置的第一根管道進行取樣，對該管道的母材和爆口邊緣以及腐蝕坑分別取樣，利用4%硝酸酒精溶液對樣品進行侵蝕之后，引入leco500金相顯微鏡觀察不同組織位置的組織形貌。總體而言，在常規的金相組織試驗觀察過程中，墻再管母材和爆口邊緣以及管道的腐蝕坑位置所具備的金相組織基礎，往往呈現出比較高的一致性，組織上的異常現象也相對較少，管道的珠光體區域完整性比較高，組織中存在的一些碳化物呈粒狀分布，整體的晶界碳化物數量情況稍有增多。

掃描電鏡檢測。在開展掃描電鏡檢測工作的時候，工作人員需要對腐蝕坑管道進行切割，再利用超聲波相關機械，清潔吹干采樣管道后，借助掃描電鏡對管道腐蝕內壁表面的具體形貌加以觀察。掃描電鏡檢驗主要需要對腐蝕內壁表面的SEM形貌進行宏觀層面的觀察，進而對其中存在的不規則塊狀腐蝕物進行更進一步的化學組成分析。管內壁腐蝕坑一般是由形狀不相同的各類小凹坑共同構成，并且其中存在著不規則的塊狀腐蝕產物，結合掃描電鏡檢驗和能譜分析能夠更加清晰準確地了解腐蝕產物的具體組成元素，主要元素包括鐵和氧，其中還混雜著少量的鋁、硫、鈣、銅、錳等其他元素，基于此腐蝕坑中的相關產物主要為氧化物，并且含有微量硫氧化物及銅氧化物等其他物質。

腐蝕產物垢樣。在試驗檢驗過程中，還應對爆管內壁的腐蝕產物進行合理取樣，并且利用刮取形式提取產物垢樣，進而引入先進的掃描檢驗設備，如全自動順序掃描型X射線熒光光譜儀等設備設施，對垢樣進行化驗分析。在實踐過程中采取的構樣往往呈黃褐色，經過檢驗能夠比較輕易地得知主要的組成成分是一些不溶物和鐵的氧化物，同時混有一些氧化銅和氧化硅等物質，其中三氧化二鐵的含量往往近90%。歸根結底，在腐蝕產物垢樣試驗分析過程中，主要利用XRF掃描對相關元素分子加以分析，提煉結果，為后續的爆管原因分析提供有力支持。

3 爆管原因綜合分析及防范建議

結合機組日常運行和上述試驗分析所得的腐蝕形貌及產物以及組成分析，還有其他檢測結果進行綜合研究，墻式再熱器發生爆管問題與機組日常運行過程中，停運階段墻再管內部產生的溶解氧電化學腐蝕有著比較密切的關聯。追根溯源，在機組設備停運階段，管道內部的濕度將會有所提升，從而形成冷凝水，隨著冷凝水在墻內彎頭底部逐漸蓄積，管道內水平段的冷凝水和管道空氣，將會在金屬表面產生化學反應，由此，管道的金屬表面將會遭到腐蝕，長此以往，隨著管道內壁受到的腐蝕逐漸嚴重，墻式再熱器的管道內壁出現腐蝕穿孔，進而自然會發生爆管問題。

完善現場檢查。在工作實踐過程中找準爆管發生原因后，應針對實際的誘發原因設置行之有效的工作優化，建議借此有效提高機組的工作穩定性，為墻式再熱器的安全工作提供保障。因此，相關工作人員在日常操作中應注重現場檢查，在實踐階段結合具體的保管原因，檢測分析結果對現場檢查工作進行全面優化，針對性地設置，相應的防腐蝕措施有效防范爆管泄漏問題。與此同時，相關人員還應在日常工作中落實定期的檢查及養護，進而有效緩解墻式再熱器內部停用腐蝕問題，減少腐蝕情況的發生，從而進一步控制爆管問題。

優化排水方法。由于引發管道內部腐蝕和爆管的根本性原因在于，冷凝水在管道中與空氣發生溶解氧電化學反應從而引發腐蝕，所以在實踐過程中優化排水系統進一步減少管道內部的冷凝水殘留，對于防范爆管同樣有著一定的積極作用。以實踐操作為例，因為亞臨界機組在實際的運行過程中，對于水質的要求相對較高，并且機組整體的復雜程度超乎想象，所以在系統工作過程中將內部冷凝水排凈的難度也相對較大，因此在機組設備停用期間工作人員應針對性的設置排水方法，根據溶解氧電化學反應的實際發生條件，利用干燥劑法和固態堿液保護法等避免不恰當的排水方式，根據實際的機組運行情況，合理利用聯氨水加氨法或充氮法等方式優化排水方案，改善排水效果。

提高運行規范性。在機組運行階段操作人員需要根據相關規范要求，提高運行規程的規范性。比如，在實踐階段應注意在汽輪機打閘之后根據實際操作需求進行抽真空操作，在鍋爐主燃料跳閘完成后進行嚴密的設備設施關閉情況檢查，完成鍋爐放水操作之后需要借助鍋爐內部的余熱，進一步烘干金屬表面以有效避免發生溶解氧電化學腐蝕，在完成停機放水操作之后，如果部分管道還存在冷凝水殘留工作人員需要借助試驗來確定停爐時間點的放水壓力設置，借此從根源上，減少管道內的冷凝水殘留，有效避免腐蝕穿孔情況的發生。

加強水汽控制。除了經由冷凝水殘留和空氣對管道表面造成溶解氧電化學腐蝕之外，管道的金屬表面膜液當中存在的氯化物和硫酸鹽等物質，同樣會使腐蝕情況有所加劇，從而導致爆管問題更加嚴重。因此，在解決爆管問題階段，還需要對水汽的具體組成物質和總體品質進行嚴格把控，在實踐階段有效控制水汽指標，確保相關指標被控制在特定期望值范圍內，并結合日常檢測設置定期的有機碳指標檢測項目，實時檢查水汽的指標情況，更加及時地發現隱患問題，避免其他物質加劇腐蝕反應。

4 結語

在當前的鍋爐設備使用過程中再熱器爆管發生率越來越高，為有效解決這一問題，針對亞臨界300MW機組鍋爐墻式再熱器的爆管問題，進行深入研究并提出有效的設備優化建議較為關鍵。從業人員在實際工作中，應結合再熱器的工作情況和鍋爐的具體型號，對機械設備的宏觀形貌進行全面檢查，進而根據具體的爆管取樣化學分析結果和拉伸性能試驗以及腐蝕產物供樣分析，在了解爆管問題產生的根本原因之后，提出優化現場檢查、完善排水工作、提高設備運行規范性等具體的優化建議，可有效避免鍋爐工作過程中再熱器的爆管問題。