关于末级过热器泄漏分析及对策

曹忠旭

摘要：结合实例对300MW机组末级过热器泄漏进行了分析，提出了防止泄漏的解决方法，对末级过热器采取了一系列的检查、治理措施，杜绝了末级过热器泄漏，提高了机组运行的安全、可靠性。

关键词：末级过热器；抗拉强度；老化；过热

1. 机组及异常设备简况

某电厂#2机组采用哈尔滨锅炉厂制造、型号为HG—1025/18.2-YM、配300MW发电机组的1025t/h亚临界压力一次中间再热自然循环汽包锅炉。末级过热器管规格有Ф51×7.5，TP-347H；Ф51×7.5，SA-213T91；Ф51×9，12Gr1MoVG；Ф51×8，12Cr2MoWVTiB；Ф54×8，TP-347H。

二、事件经过

2020年04月19日晚班#2机组开机过程中，接班负荷81MW，按正常开机程序于18:03负荷加到155MW，20:08负荷加到300MW。22：26#2机组负荷为290MW，AGC方式运行，#2炉主热蒸汽压力16.5MPa，主蒸汽温度537℃，再热蒸汽压力2.9MPa，再热蒸汽温度537℃，22：26炉膛负压由-134Pa突升至+298Pa,经检查制粉，风烟、燃烧系统均无异常，22：26 #2炉炉管检漏测点17点数值6突升至40，22:28炉管检漏测点17、13、11点炉管检漏装置报警，综合报警指数最大值63，立屏炉管泄漏报警光字牌亮，安排人员就地查看，回告锅炉六楼以上有较大异常气流声，立刻联系锅炉专业技术人员，同时采取降压运行，22：40锅炉专业技术人员现场初步判断炉内折焰角周围区域受热面有可能存在泄漏；23：30分机组负荷减至160MW，向调度申请#2机组停机消缺，20日00：10分#2机组停运。在锅炉灭火后，主汽压力降至1MPa左右时，专业人员尝试查找的泄漏点具体部位，通过锅炉六楼炉前右侧看火孔发现，折焰角右侧水冷壁表面有水渍，上部末级过热器有管排出列，U型弯管往上1米左右有水冒出。

4月21日在炉内温度降至安全范围内后，安排搭架子进入炉内进行检查，发现末级过热器右数第6、7、8屏有明显的泄漏点，较多管子有不同程度的吹损，立即安排抢修工作，4月26日凌晨3时全部检修工作完成，开始锅炉上水，5:56分锅炉点火，14:10分#2机组并网。

经对泄漏点和吹损情况进行检查分析，末过右数第七屏入口段（炉前侧）第3根管泄漏点确定为原始爆口，爆口朝向炉前方向，具有典型短期过热爆管的特性，爆口很大，为喇叭型，呈纵向破裂趋势，破口面粗糙、不平整，边缘为纯边，破口附近有众多较细的平行于破口的轴向裂纹，在离破口较近管子也有轻微的胀粗，破口具有蠕变断裂的脆性断口特征。因爆管管壁撕裂时产生的巨大作用力，使得爆管直段从爆口处向后弯曲变形扭曲，蒸汽冲刷造成第六、七、八屏多根管子穿孔，大部分管壁减薄严重。

三、事件原因分析

通常导致短期过热的主要原因有：钢材不满足要求；管内汽水流量严重分配不均；炉内局部热负荷过高；管子内部严重结垢；管内异物堵塞；

1、此次末过第七屏第3根原始爆裂部位管材为12Gr1MoVG低合金耐热钢（外2圏为TP-347H不锈钢），主要应用于壁温≤580℃的过热器管子及蒸汽管道中。当运行超过8万小时后，12Gr1MoVG钢抗拉强度从273MPa（540℃）下降为221MPa（580℃），钢材力学性能衰减严重。在高负荷工况下，末过管内蒸汽温度达到设计温度540℃时，在高温烟气辐射下，末过壁温接近或超过580℃，管壁长期处于临界壁温，导致管材内部组织发生变化，钢材各项性能下降。经电科院对末过爆口管屏和未泄漏管屏直管分别取样进行金相分析：取样管材的化学成分符合标准要求；爆管部位平均硬度为135HB，直管平均硬度为137HB，处于标准下限值（标准规定硬度值135-195HB）；爆管抗拉强度Rm为425MPa，直管抗拉强度Rm为445MPa，低于标准要求（GB/T5310-2017规定Rm≥470MPa）。对爆管破口位置及吹损直管分别取金相样进行试验，爆管破口位置金相组织为铁素体加珠光体，其中珠光体分散较为严重；爆管破口附近及吹损直管取样金相组织为铁素体加珠光体，其中珠光体分散较明显，材料存在明显的老化现象。

2、在开机过程中或机组长期处于低负荷运行状态时，末过管内蒸汽流量较少、流速低，传热降低，管子冷却效果差，特别是负荷变化情况下，燃烧不稳定，炉内热负荷分配难免存在偏差，对处于临界壁温的12Gr1MoVG低合金钢材质容易造成局部过热。

3、在#2炉进行了超低排低氮燃烧器改造后，增加了高位燃烬风装置，炉膛火焰中心略有上移。改善了主汽再热汽温偏低问题，提高了锅炉效率。在满负荷工况下，炉膛出口烟气温度在760℃左右，比改造前提高了约50℃，虽然实际运行烟温仍远低于设计的896℃（后屏出口），但对末过的运行环境仍然带来一定的负面影响。

4、经过对切下的管屏内部进行检查，未发现较多氧化皮脱落现象，基本可排除氧化皮堵塞原因。对第八屏第1根管底部弯头取样进行化学分析，根据测试结果，管子向火侧（A1)垢量为143.7g/m2,背火侧（B1)垢量为115.79g/m²,管内结垢情况并不严重。

5、经对机组运行参数进行查询，在开机过程中升温升压过程符合规程要求。17:30分至18:03分机组负荷从81MW升至155MW后，18:17分至18:30分区间主蒸汽温从495℃升至530℃，升温速度2.69℃/min略高于操作规程要求的2.5℃/min。19:30分至20:08负荷加到300MW，主汽温度和压力未出现较大波动，之后直至22：26分，机组各项运行参数均处于平稳状态。

6、#2机组在2020年1月18日停运后，对尾部受热面进行了防磨检查，补齐了缺失的防磨瓦，对中隔墙下联箱管座进行了着色检查和密封鳍片的修补，再无受热面其它检修工作。在此次检修过程中，割开末过入口集箱右侧手孔，对联箱及右侧部分管口进行检查，联箱出口未设计节流孔，管内未发现异物。

7、对末过所有管屏进行外观检查，未发现明显变色、胀粗、磨损的现象。

综上情况：锅炉厂为节约材料成本，在末级过热器选用安全性较差的12Gr1MoVG低合金钢，管壁长期处于临界壁温，导致管材内部组织发生变化，钢材各项性能下降，是此次爆管泄漏的主要原因。在开机过程中或负荷大幅度变化情况下，燃烧不稳定，炉内热负荷分配存在偏差，是导致此次泄漏的间接原因。同时，基本可排除管内氧化皮脱落、结垢和异物堵塞的原因，从运行参数趋势看，运行操作调整基本正常。

四、 处理措施

1、对受损的末过第六屏、第七屏底部U型弯全部更换，第八屏除出口段最内2圈外全部更换，共计更换U型弯管28根，焊口112个。

2、切开入口联箱右侧手孔，对联系及部分管口进行检查，检查是否存在异物堵塞。对炉内管屏进行宏观检查，部分管壁测厚，排查缺陷隐患。

3、对末级过热器12Gr1MoVG低合金钢管材金相和化学分析，已不能满足机组的安全稳定运行的要求，对所有12Gr1MoVG低合金钢管材全面更换为TP347。

4、对末过壁温测点进行检查核对，确认测点与DCS显示准确一致。

五、结论

通过对末级过热器12Gr1MoVG低合金钢管材的更换，大大提升了管材的使用性能，成功的杜绝了末级过热器因相同原因出现的泄漏，提高了设备运行的可靠性，为机组长周期安全稳定运行奠定了坚实的基础。