某亚临界锅炉二级过热器水塞爆管事故分析

王乾坤1杭天培2

(云南滇东雨汪能源有限公司云南省曲靖市655507)

摘要：本文对某电厂2号炉二级过热器的1根爆管样（43排）和2根（31、44排）表面发生龟裂管样进行了试验分析，并对二级过热器管子进行了现场内壁氧化皮厚度抽查测量，试验分析工作内容包括：宏观形貌检查、几何尺寸测量、光谱分析、金相分析及综合分析，结果表明：二级过热器44排管样的失效类型为较短时间的较大幅度超温导致的过热爆管。进一步分析超温原因为在3月11日机组启动并网过程中，减温水喷水流量突然增加，主汽温度急剧下降（由468℃骤降至302℃），接近或达到蒸汽饱和温度，产生水塞使44排1号管排短时超温爆管。

关键词：二级过热器过热爆管失效分析水塞

1前言

某电厂2号机组于2010年2月份投产，截止2015年月11日累计运行21000余小时，启机25次，停机24次。锅炉为亚临界压力，一次再热，单炉膛平衡通风，自然循环，单锅筒锅炉。设计燃料为无烟煤，采用双进双出正压直吹制粉系统、“W”火焰燃烧方式，过热器出口蒸汽压力17.4MPa,过热器出口蒸汽温度541℃，再热器出口蒸汽压力3.8MPa，再热器出口蒸汽温度541℃。二级过热器位于折焰角上方，由入口和出口两个管组组成。入口管组由管径φ51mm、壁厚7.5、材质为12Cr1MoVG和SA-213T91钢管组成。入口管组系24根管子组成一排，横向节距600mm，沿炉宽有53片。出口管组由外径φ42mm、壁厚6.5mm、材质为12Cr1MoVG和SA-213T91钢管组成，横向节距300mm，18根管子组成一排，并使出口管束夹在中间，以减少烟气辐射热，保护高温的出口管束。出口管组沿炉宽共有106片，如图1于所示。2015年,3月11日早上8:00并网，下午18:00燃烧突然波动后机组补水量增加，夜间23:00就地观察确定泄漏。2015年3月13日上午11:30#2机组停运，运行约38.5小时。#2机组停机后，3月13日下午16:00时，打开48米左侧人孔门发现泄漏点位于二级过热器出口管组区域，检查发现标高55.6米二级过热器出口段第43排至48排大面积管屏泄漏，并使得后水冷壁悬吊管被冲刷断裂。断裂的后水冷壁管上部向上卷起，下部倒向二过出口管组区域形成二次冲刷。

2试验分析

2.1几何尺寸检查

经现场确认：原始爆管为二过出口管组左数44排、炉前第1根管子、标高55米。位置位于8、10号长伸缩式吹灰器之间，与两吹灰器中心相距3.3m。爆口宏观形貌如图2所示，长152.8mm，宽96.8mm，呈不规则菱形，爆口边缘锋利，减薄较多，呈撕裂状，爆口附近管子胀粗较大（最大直径为φ49mm）。爆管管子管壁变形严重，周边部分二级过热器管被开口处泄露气体喷击减薄或出现喷刷孔洞。管样均存在涨粗现象，剖开后检测管内管壁（向火面和背火面）氧化皮厚度均小于0.2mm，表面氧化皮均存在轴向龟裂纹。

2.2内部堆积检查

对二级过热器进出口集箱管座、泄漏管屏内窥检查，二级过热器减温器照相检查，未发现有异物堵塞管子。对胀粗的28、31、34、37、38、43排U型弯外射线检查，发现43排靠炉前侧弯头有颗粒状异物吸附在管壁弯头部位，割管检查，清理出约2克左右铁屑及颗粒状氧化皮。经现场检查，胀粗管排弯头部位未见氧化皮堆积现象，43排靠炉前侧弯头有颗粒状异物吸附在管壁弯头部位，割管检查，清理出约2克左右铁屑及颗粒状氧化皮。二级减温器检查一只，喷头完好，二过进出口管组、分配集箱内壁清洁，未见异物。

2.3化学成分分析

二级过热器设计材质T91，规格42×6.5，通过电火花光谱分析仪二级过热器出口管样材质为SA213T91钢，试样分析结果表明元素各成分符合GB/T5310-2008标准中SA213T91的材质要求。

2.4金相试验

分别对31、43、44排管子向火侧、背火侧进行金相检验，发现31、43（背火侧及向火侧）、44排背火侧金相组织不同程度老化，针状组织消失，晶界上有细小碳化物析出。44排向火侧金相组织已发生相变，组织为铁素体+贝氏体，晶粒较为粗大。爆管后由于管子快速冷却到介质温度（520-540℃），其组织转变为铁素体+贝氏体。

综合金相试验结果及对比试验结果并结合现场检查情况，管子由于在短期温度升高，强度下降，但此时管子在高温下有较好的韧性，在内部介质压力的作用下，管子随之产生了较大的塑性变形，管径胀大，管壁开始减薄，当管子厚度满足不了强度的要求时，产生了爆破。通常情况下，管子的周向应力都是远大于轴向应力的，所以管子爆口张开较大，其形貌符合短期过热的相关特征。金相试验结果表明爆管区域存在明显的超温现象，44排管子向火侧组织已发生相变，由正常的马氏体组织转变为铁素体+珠光体组织，说明该部位爆管前温度超过相变温度Ac1，是典型的短时超温现象。

3运行情况分析

调取运行时主汽及二过出口段的壁温测点记录。可以发现主汽及二过出口壁温在2015年3月11日上午9时这一时间段出现明显的下降，下降幅度达到100余摄氏度。结合爆管时各压力测点测量记录并查阅各工况下饱和蒸汽压可知，在3月11日9时6分时，汽包压力8.69MPa,炉侧主汽压力8.6MPa,炉侧主汽出口温度314℃，二过出口管组9号管排13号测点温度312℃。在该压力下，饱和蒸汽温度300℃，过热度低于锅炉厂推荐报警温度14℃。在3月11日8时24分时汽包压力6.5MPa，屏过24号管排51号测点292℃，在该压力下，饱和蒸汽温度280℃，过热度低于锅炉厂推荐报警温度14℃。

4结论

本次泄漏管为二级过热器出口管组的入口管排，左数第44排，炉前侧第1根，通过分析爆口金相，向火侧爆口位置材质发生了相变（由此推断爆管前该部位的壁温曾超过AC1点，即相变温度835℃）。从宏观和金相分析均说明本次泄漏为短时间超温爆管。在3月11日机组启动并网过程中，减温水喷水流量突然增加，主汽温度急剧下降（由468℃骤降至302℃），接近或达到蒸汽饱和温度，可能产生水塞，使44排1号管排短时超温爆管。

参考文献:

[1]王大江朱健锅炉高温过热器管爆裂失效分析[J]热加工工艺.2014.9.43.18

[2]邱启明江国栋过热器管的失效研究[J]热加工工艺.2014.8.43.16

作者简介：

1.王乾坤，男，1970年9月28日，云南滇东雨汪能源有限公司，工程师，655500

2.杭天培，男，1978年12月12日，云南滇东雨汪能源有限公司、工程师，655500