【干货】大型火电机组锅炉承压部件泄露或爆破是怎么回事？

案例三

高温过热器爆管（氧化皮）

1. 事故经过

3月7日，某电厂2号机组接启动命令，于8时05分锅炉点火；16时20分，机组并网；23时40分，负荷300MW。

3月8日2时57分，2号机组负荷450MW开始稳定运行，A、B、C、E、F磨煤机运行，给水流量1286t/h，主汽流量1243t/h，过热器减温水流量14.9t/h，凝结水流量1052t/h，凝结水补水门开度26%，A、B引风机电流分别为185A、181A。

3月8日8时，机组负荷450MW。

8时40分，2号机组发“锅炉泄露装置报警”信号，检查“四管泄漏”装置报警点，显示32~45点泄露报警变为红色。热工人员确认“四管泄漏”装置无异常，锅炉检修确认折焰角附件有泄露声。

8时55分，锅炉A、B引风机电流突增，炉膛负压变正，A侧屏出口温度迅速下降；此时，给水流量1312t/h，过热器减温水流量74t/h，A引风机电流增至209A，B引风机电流增至210A。

由于主再热汽温、炉膛负压摆动，燃烧不稳定，锅炉投油助燃，降压运行。联系调度申请停炉。

10时25分，机组解列。停炉检查发现，2号锅炉高过发生爆管。

3月9日下午，检修人员进入炉内检查，发现从炉左数第9屏14管（从外围向内围数）、11屏1管，22屏4管入口管段爆管，爆口位置全部位于T91与TP347异种钢焊口上方约10mm的T91管道。由于高过9屏14管爆口很大，强大的气流将高过管道甩开插入到屏过9屏入口段管屏（φ38mm×5.6mm、SA-213、T91）间，有8根屏过管吹损减薄。进一步检查发生高过7屏13管、9屏8管、13屏15管、17屏10管、20屏10管、21屏12管TP347材质管道颜色变黑；测量蠕胀，此6根管T91管材在靠近异种钢焊口处明显胀粗，最大处胀粗达2mm。

由于此次爆管管道比较分散，爆口均在T91管材段，且有3根管同时爆裂，爆口均呈喇叭状，胀粗十分明显，爆口边缘锋利，破口附近氧化层很薄，判断为短期过热超温爆管。

将变色较严重的一根管道下弯割下，从管弯内倒出大量氧化皮粉末，质量约为300g。

2. 事故原因分析和暴露的问题

（1）经金属专家现场检查，判断为高过TP347H管段内部氧化皮脱落造成管道堵塞，管道局部短时间过热发生爆管。

（2）利用氧化物探测器对高过所有弯头和夹持管弯头进行检查（共检查591+581+200个弯头），发现高过11屏18管和30屏10管下弯头内有少量氧化皮需要进行割管处理。又对屏过4屏和高温再热器1屏下弯头进行抽查，未发现异常。

（3）由于煤质、热负荷变化，在低负荷（60%额定负荷及以下）由于部分过热管子蒸汽流量偏低，流速偏差大，可能造成局部过热引起爆管。

（4）锅炉启动过程中，过热气温上升较快，短时间超过3℃/min，氧化物很容易从过热器管壁剥离，加之在机组启动初期蒸汽流量小，不能迅速将剥离的氧化物带走，等到大流量时就会在管径较小的弯头处形成堵塞，进而发生此次2号锅炉超温爆管。

（5）根据2号机组启动后的锅炉爆管的时间分析，管道内部氧化皮大幅度脱落的时间应当发生在启动过程中。

（6）集控人员没有严格按规程规定个升温升压率来控制各项主要参数，在高压旁路工作不正常时没有正确控制汽温、汽压等主参数，没有减少燃料量，导致启停过程中汽温变化率较大。

（7）锅炉专业及集控运行人员对管材TP347H（屏过、高过、高再）氧化皮如何生成的知识，没有完整的概念，制造厂也没有对这种管材特性加以强调说明，导致运行人员缺乏必要的技术支持。

（8）运行人员在历次的启、停操作中，对参数的调整尤其是汽温的调整多次偏离规程规定。

（9）由于缺乏这方面的经验，检修部门在机组停备检修中，没有将TP347H受热面管道内部氧化皮脱落情况的检验纳入锅炉防磨防爆检查项目中，造成高过因氧化皮脱落堵塞爆管。

3. 防范措施

（1）机组启停过程中，主再热汽温温升（降）速率直接影响到氧化皮的剥落；由于氧化皮和管壁金属线膨胀系数有明显差异，所以应该严格控制主再热汽温升（降）速率。如果燃烧器采用等离子点火，为防止启动初期温升难以控制，应采取少量煤量和减温燃烧器的投入数量或锅炉投油助燃。

（2）在锅炉启动和升负荷期间，注意监视管壁温度，如发现异常，可以采取快速升降负荷变压冲管，或通过汽机旁路对系统进行长时间大流量低压冲洗，以将沉积的氧化皮冲走。

（3）加强炉膛吹灰，定期清洁炉膛，以增强炉膛吸热，降低过热器壁温。每天白班和前夜班，应保证炉膛的正常吹灰。

（4）加强主再热汽温监控调整，改善汽温调节品质。机组正常运行中要尽量避免大幅度调整减温水造成减温器后管壁温度突变。

（5）发生爆管的受热面没有安装温度测点，可在高过增设测点，方便运行人员监视。

（6）停炉后至少要进行一定时间（12h）的自然冷却，然后才可启风机进行强制冷却，避免停炉后管道内氧化皮的大幅度脱落，致使堵管。

（7）严格执行停炉必查原则，停炉时间大于3天时，要对屏过、高过管屏进行检查，发现管道有变颜色等异常情况，及时检查处理确认原因。

最近几年，新投资的国内和进口的超临界机组，都曾发生铁素体钢和奥氏体不锈钢管内壁氧化膜剥落堵管或引起超温爆管泄露事故。

应加强主业技术之间的沟通交流，学习积累运行、检修经验，采取有针对性的技术措施，避免重复发生类似事故。关于TP347H管内氧化皮脱落原因，目前没有定量的分析，国内各大金属材料研究部门正在研究分析。

针对此次发生的TP347H管道内部氧化皮脱落造成爆管，可能是由以下原因造成。

①TP347H 管为奥氏体不锈钢管，实验得知，其线膨胀系数为（1.6~2.1）×10-5,氧化物的线膨胀系数为（0.5~0.9）×10-5；

由于膨胀系数不等，管道内蒸汽介质参数变化较快时氧化物容易脱落，因蒸汽具有携带作用，少量脱落不会堵管；

但在异常工况下，如锅炉启停中升温升压速度过快、运行超温等会造成氧化皮大量脱落，堵塞管道。

②正常温度时，氧化物一边产生一边脱落，随蒸汽带走，一般不会发生堵管。

当超温运行时就会加速高温氧化，脱落氧化皮量大幅度增加，造成蒸汽不能将脱落的氧化皮全部带走，部分沉积直至下弯头部位堵塞发生爆管。

③停炉过程中，由于不锈钢在运行时内壁已有大量的氧化物存在，而不锈钢和氧化物的膨胀系数相差较大，冷却时不锈钢收缩快，氧化物慢。

氧化物被挤碎，龟裂，脱落，且蒸汽携带能力降低，最终氧化物沉积至管道下部。

④锅炉启动时，由于不锈钢在运行时内壁大量氧化物的存在，停炉时已破碎并可能少量脱落，不锈钢和氧化物的膨胀系数虽然相差较大，不锈钢膨胀快，氧化物相对慢，氧化物破碎量小，一般不会造成氧化物大面积脱落。

升温升压速度过快时，可能导致氧化皮的大面积脱落。

⑤超临界机组过、再热器内壁氧化膜剥落引起超温爆管的时间，通常在机组运行10000~20000h后发生。

目前，国内因氧化膜剥落爆管最短时间的是某厂4号机组，在运行3136h（启停5次）后，过热器U行弯下部氧化膜堆积多的达100g，检修后再并网运行仅5天，又因同样原因再次发生爆管，并吹坏再热器管排多出。

⑥过、再热器内壁氧化膜剥落有两个主要条件：

一是垢层达到一定厚度（临界值），一般而言，奥氏体不锈钢0.10mm，铬钼钢0.2--0.5mm（运行2--5万小时可以达到）；

二是母材基体与氧化膜或氧化膜层间应力（恒温生长应力或温降引起的热应力）是否达到临界值（与管材、氧化膜特性、温度变化幅度大、速度、频度等有关）。