（神华国华台山发电有限公司（国华运维公司） 广东省江门市台山市 529200）
摘要：目前在发电厂发生的所有事故中电网锅炉事故约占63．2％，而在所有的锅炉事故中又有86．7％的承压部件泄漏事故，基于此，本分析电厂锅炉的基本情况，探究电厂锅炉末级过热器爆管原因，大致总结改进该问题的方向和手段。希望本文的观点能为关注此话题的研究者提供参考意见。
关键词：末级过热器；氧化皮脱落；沿晶断裂
引言
电厂锅炉长期处于高温运行工况下，因此设备材料就容易出现劣化的问题，设备材料的性能也会不断下降，直至爆管事故的发生。其中电厂锅炉末级过热器爆管会引发较高的经济损失。正是因为如此分析电厂锅炉末级过热器爆管原因受到强烈关注，在有效总结原因的基础上，才能制定科学的改进手段。
一、电厂锅炉的基本情况
神华国华印尼爪哇7号2×1050MW燃煤发电工程超超临界锅炉的指标参数如下表所示。锅炉为超超临界参数、螺旋炉膛、一次再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、露天布置的π型锅炉，锅炉采用不带启动循环泵的内置式启动系统。锅炉采用中速磨正压直吹式制粉系统，前后墙对冲燃烧方式，配置B&W公司双调风旋流燃烧器及OFA喷口。在该锅炉的炉膛上部中设置了分隔屏过热器和后屏过热器，将高温过热器和高温再热器布置在水平烟道中，并在烟道的末尾处设置了低温再热器和省煤器，其中高温过热器共有82排，每排由12根U型管构成。锅炉带基本负荷并参与调峰。锅炉机组在40年的寿命期间，允许的启停次数不少于下值：冷态启动（停机超过72小时）200次；温态启动（停机在10至72小时之间）1200次；热态启动（停机不到10小时）5000次；极热态启动（机组脱扣后1小时以内）400次；负荷阶跃＞10%额定负荷（TMCR）/min12000次；该锅炉的指标参数如表1所示，对该设备进行深入分析，发现其中存在多个问题。
表 1 神华国华印尼爪哇7号2×1050MW燃煤发电工程超超临界锅炉指标参数表
二、电厂锅炉末级过热器爆管原因
（一）材料组织发生严重老化
电厂锅炉需要长时间在温度过高的工况下作业，条件比较恶劣，会受到烟气的冲刷作用。在运营一段时间后会材料的内部组织会发生明显的老化问题，进而使其力学性能有所减弱，蠕变变形的问题也会比较严重。此外在温度逐渐升高的情况下，会有大量的晶界碳化物聚集到一处，而产生脆化问题，之后拉应力会产生不良影响，导致蠕变空洞，而出现蠕变微裂纹的问题，沿晶发生断裂。
（二）微裂纹的不断扩展
截取爆管段进行宏观检查，可观察到断口处较为粗糙、呈颗粒状，无明显塑性变形、属于脆性断裂，爆口附近分布有多条平行状细小裂纹，管体表面氧化皮较厚、沿纵向开裂，有部分氧化皮剥落。由此可以推断出，在锅炉最开始运行的一段时间内，管子仍然有比较好的塑性，而且晶界结合情况还比较紧密，微裂纹的扩展受到一定阻力作用，并没有发生比较快的扩展情况；在锅炉运行了一段时间后，管子内部晶界开始析出一些呈网状的物质，对晶粒之间稳定性产生干扰，并进一步出现了协调变形的不良情况，裂纹沿着晶从外部向内部不断扩展，而且扩展速度也比较快，一段时间后内壁出现了间断的小裂口，裂口处有大量内部蒸汽泄漏；在运行的过程中内部蒸汽不断泄漏，小的裂口逐渐变成了大的裂口，而且这些大的裂口会相互连接，最终形成了一条更大的裂口。该爆管段表现出典型的过热爆管特征，因氧化皮的传热热阻较大，影响到蒸汽与管壁的热交换，导致管壁温度快速升高、加剧管壁氧化，最终导致管体损伤与过热爆管。
（三）氧化皮的脱落和堆积
针对末级过热器爆管原因进行分析，主要检查了爆口的形状和割管的情况，对事故原因加以总结。氧化皮脱落后堆积于末级过热器下部弯头，导致管道的流通截面变小，随着管道的温度不断升高，达到一定程度后就发生了爆管事故。对氧化皮脱落的原因加以分析，在这个末级过热器中，设置了弯头和逆蒸汽流向的直管，选用SA-213 T91、SA-213 T92、SA-213 TP310HCbN材质与S30432钢管组成过热器。随着设备不断运行，在锅炉管内壁有大量氧化皮的产生。经过实际的测量发现母材与氧化皮线二者的膨胀系数存在一定差异，实际运行过程中锅炉内部的温度会突然发生变化，在温度应力差的作用下，氧化皮就会发生碎裂，脱离于母材，经过一段时间的积累就会堆积在顺蒸汽流向出口端下部弯头处。会对氧化皮脱落快慢产生影响的因素主要有三个，分别是氧化皮自身的厚度、管道的制作材料、管道运行时温度的变化情况。对氧化皮的生成原因进行深入的探究，发现在氧离子的扩散作用下，金属就会产生氧化的反应。在实际的氧化过程中，如果产生了比较牢靠坚固的氧化膜，之后的氧化过程就会逐渐有所减弱，以实现对金属的有效保护。在实际生产过程中，也有可能生成不牢固的氧化膜，此时就会出现氧化膜不断剥落的情况，这也意味着氧化的过程不会得到缓解[1]。
三、电厂锅炉末级过热器爆管的改进
在实际的运行过程中，如果高温过热器管壁温度不低于600℃，就需要采取一定措施使得主蒸汽温度得到有效控制，能够维持在560℃～565℃这个范围内。假如温度下降以后，仍然不能使金属温度得到有效控制，就需要对机组负荷进行限制，务必将金属管壁温度控制在600℃以下[2]。实际运行时，必须要保证现行锅炉氧量与既定的曲线相符合，对制粉系统运行方式进行科学的调试，要保证下层制粉系统出力始终符合标准要。应该对炉膛出口的烟温引起关注，温度不宜过高。关于电厂锅炉末级过热器爆管的改进手段，应从以下几方面入手：
首先，应采取控制措施避免氧化皮剥落。在锅炉机组冷态启动前，应在锅炉进水、点火前尽可能将水温提升至接近设计要求的给水温度301°C，将锅炉给水中的含铁量控制在5μg/L以内，确保锅炉给水品质达标后方可允许点火；在锅炉点火后，应尽快将高旁开大、增大蒸汽流通量，在此过程中注意调节汽温与汽压变化率，控制好升温与升压速率，并在机组并网后合理调节加负荷速率，防止因温度、压力急剧变化引发氧化皮大量剥落问题。在锅炉启动后，应及时清理受热面管内残留的氧化皮，借助大蒸汽流量带走启动过程中剥落的少量氧化皮，在此期间避免因操作导致机组负荷变动或炉膛热工况大幅扰动，防止新氧化皮剥落；针对氧化皮剥落情况较轻的锅炉，可采用机组旁路系统进行吹扫，并通过动态分析凝汽器水质含铁量、凝泵或给水泵入口滤网压差等方式进行氧化皮剥落状况的判断。在锅炉运行过程中，可采用控制汽侧氧含量、受热面蒸汽温度、受热面金属温度等措施，通过加装壁温测量装置、开展一次风冷调平试验等方式实现对受热面热偏差数值的监测与调整，避免因局部超温引发氧化皮剥落与过热爆管问题。
其次，可选用耐高温、抗氧化能力强的新型材料，如选用国内自主研发的新型HT700T镍铁合金材料，该新型材料可在750°C温度条件下保持良好的组织稳定性，屈服强度为598MPa、断后伸长率为11.5%，在750°C/10万h下的持久强度为103MPa，热暴露1万h后的室温冲击功为50J•cm-2，且抗蒸汽氧化、耐烟气腐蚀性能均较优，可有效满足超超临界机组末级过热器的服役性能要求，并且现已实现第一轮工业化试制。
最后，还应在停炉后落实对末级过热器的宏观检查，针对超温部位进行硬度、金相检验，对末级过热器高温段出口弯头进行射线或超声检测，及时采用隔管或更换的方式进行弯头处理，并加强对更换管材环节焊接工艺、热处理工艺的把控，保障管材寿命与性能。
总结
综上所述，探究电厂锅炉末级过热器爆管原因，对防止事故发生有重要意义，本文总结了四个电厂锅炉末级过热器爆管原因，分别是氧化皮的脱落和堆积、材料组织发生严重老化、爆管的性质为沿晶断裂、微裂纹的不断扩展。在改进工作中，应将工作重点放在防止氧化皮脱落上，并实现对锅炉运行温度的有效把控。
参考文献：
[1]张丛生，夏建秋，徐航.某电厂锅炉末级过热器爆管原因分析[J].锅炉制造，2020（02）：30-33.
[2]冯亦武，李戈，王光乐.过热器爆管分析及智能风险评估系统研究[J].电子世界，2020（01）：44-46.