超临界直流锅炉防爆管研究分析

摘要：文章通过对超临界直流锅炉结构和特点的分析，得出一般常见的爆管原因，从制造、安装、运行、检修等环节提出了监督检验与防治异物堵塞爆管的技术措施，旨在保证超临界直流锅炉正常安全运行，避免造成不必要的损失。

关键词：超临界直流锅炉；防爆管；水冷壁；过热器；再热器

中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）29-0010-04

自2006年11月首台1000MW等级的超（超）临界机组在玉环投入运行以来，目前我国已有100多台超（超）临界机组投入或者即将投入商业运行，机组容量为600MW和1000MW等级，参数为25～26.5MPa/600℃/600℃。由于温度、压力的提高，锅炉使用了大量的新型耐热材料，如T91、TP304H、TP347H、TP347HFG、Super304H和HR3C，这些材料的使用使得超（超）临界机组在我国的拥有量迅速攀升。然而由于压力等级的提高，超（超）临界机组的承压部件在结构上发生了很大变化，尤其锅炉受热面管径急剧变小，使得异物很容易在内径较小的区域堵塞而造成爆管。异物堵塞爆管具有一定偶然性，异物随蒸汽的扰动运动到狭窄的区域而发生堵塞，这与管子制造质量、焊口质量、联箱的清洁度、氧化皮脱落等情况有关；异物堵塞爆管也有很大的必然性，这与受热面结构密切相关，要认真分析每次爆管的特点和位置，才能制订有效的检修和防治措施，从而降低异物堵塞爆管带来的经济损失。

1 超临界直流锅炉受热面特点

超临界是指锅炉工作压力大于22.11MPa，直流是指锅炉依靠给水泵压头使给水一次通过各受热面并全部变为过热蒸汽。超临界直流锅炉受热面主要由以下几部分组成：省煤器、水冷壁、顶棚过热器、包墙过热器、低温过热器、屏式过热器、高温过热器、低温再热器、高温再热器。

下面以鹤壁电厂三期DG1900/25.4-II1型锅炉为例，分别介绍各受热面的结构特点。

1.1 水冷壁结构特点

为保证水冷壁有足够的冷却能力和防止低负荷下发生水动力多值性以及脉动，超临界直流锅炉水冷壁均采用小管径来获得较高的重量流速，同时还采用螺旋管圈和垂直管屏水冷壁来减小锅炉偏差和实现锅炉的变压运行。

为充分保证水冷壁各回路的流量分配，在水冷壁下联箱上均布置了节流装置。为了改善工质的热偏差，哈锅的设计是将节流管圈安装于水冷壁入口管段上。

1.2 过热器结构特点

过热器受热面由四部分组成：第一部分为顶棚、后竖井烟道四壁及后竖井分隔墙；第二部分是布置在尾部竖井后烟道内的低温过热器；第三部分是位于炉膛上部的屏式过热器；第四部分是位于折焰角上方的高温过热器。整个过热器系统布置了一次左右交叉，有效地减少了锅炉宽度上的烟气侧不均匀的影响。

1.3 再热器结构特点

低再蛇形管由水平段和垂直段两部分组成，根据烟温的不同和系统阻力的要求，低温再热器的不同管组采用了不同的节距和管径。高再布置于高过后的水平烟道内，蒸汽从高再进口集箱经蛇形管屏加热后进入高再出口集箱，为减小流量偏差使同屏各管的壁温比较接近，在高再进口集箱上设置了Ф30mm的节流孔。

比较过热器、再热器，它们具有以下特点：过热器和再热器的工质温度水平都很高，而再热器比过热器的压力水平要低，故再热器管的管径要比过热器管径要大；相比而言，再热器中的工质压力低、密度小，比过热器中的过热蒸汽换热系数小，因而再热器的吸热能力比过热器还要差，即冷却管子的能力要差；由于再热器是将二次蒸汽加热，故在启动过程中，再热器管存在“干烧”现象；再热器中的工质流速比过热器中的要低，对热偏差较为敏感；为了降低锅炉成本，同时也因为过热器、再热器的材料使用温度都处于极限温度，故过热器、再热器管子的超温是一个突出的问题。

2 典型爆管原因分析

2.1 因安装质量不良，造成异物堵塞爆管

2.1.1 虽然在每个环节都对受热面和联箱的清洁度提出了要求，但事实往往不如人愿。异物的来源主要有以下几个方面：制造过程中管子和联箱内部清理不彻底，遗留下有机加工残留物；安装过程中带入的异物；不锈钢管高温运行中形成的氧化皮脱落后产生的堆积物；检修换管时带入管内的杂物等。

2.1.2 异物堵塞爆管特征。异物堵塞爆管主要表现为短期过热特征，但由于超（超）临界机组管径变小，还可能表现出长期过热的特征，这是由于结构和运行特性变化造成的。

超（超）临界机组的水冷壁管和过热器管径较小，在入口处还增设有节流圈，当异物进入后容易将管子堵死，此时管子传热急剧恶化，管壁局部温度急剧上升，最终引起短期过热爆管。然而对于管径较粗的管子，如低温过热器、再热器管，异物将管子堵死的情况较少，而是堵塞一部分，造成介质流速变缓，从而影响了一定的传热效果，管子壁温有所升高，这种情况下，不引起短期过热爆管，在经过一段时间运行后会引起材料蠕变损伤，出现长期过热爆管。

超（超）临界锅炉的过热器在汇集箱末端是容易积存异物的主要区域，随着运行时蒸汽扰动的作用，蒸汽会逐步将异物携带至节流圈、带有焊瘤、错口的焊缝、管子下弯等部位，使未堵死的部位逐步堵死，最终形成堵塞爆管。

2.1.3 三门峡电厂二期锅炉型号为HG1952/

2.3 高温过热器弯头产生裂纹而泄漏

高过内弯头在极短的时间内快速疲劳失效而爆管。

3 控制措施

3.1 加强制造厂家质量监督，严格设备到货的开箱验收

在制造阶段，应注意事项：联箱内部在封堵前应仔细检查和清理，保证清洁度；制造时将管孔的加工工序安排在封头焊接工序之前，有利于清除杂物；加强对受热面管的焊接质量的检查，防止产生焊瘤等原因造成焊口局部通径过小，形成氧化皮等杂物堵塞；受热面的管材在高温部位适当选用抗氧化性能优异的HR3C材料，减少内壁氧化皮的形成和脱落。

锅炉设备进入施工现场后，必须按照供货清单对设备进行逐一的清点验收，并且必须有专业技术人员参与，及早发现设备缺陷和遗漏项，及时进行处理。对于锅炉设备的存放，可以采取以下措施：对于锅炉较小的设备，验收、归类整理、类别存放都要清晰明了；对于锅炉的大件设备，露天存放时，存放地须避低就高；锅炉所有承压部件堆放时需将所有外露管口、联箱端口等全部封闭，避免杂物进入承压设备内部。

3.2 加强基建施工管理，严格质量验收标准

在设备安装中，加强基建施工管理，严格执行焊接工艺和验收，及早组织设备主人跟踪检查安装质量，严格执行安装工艺工序。同时要及时组织技术力量，对阶段性的安装工作进行质量检查，特别是对重点的四级和五级验收工作一定要做到严、细、实。具体措施总结如下：受热面组合前，对集箱及减温器内部进行全面检查清理；对所有管屏根据标准要求进行100%的通球试验，并填好《设备通球检查记录单》，签字落实到人；对承压部件的所有合金钢部件进行光谱分析，并将试验报告反馈专业施工处，防止错用管材造成运行后管子涨粗以致爆管；在设备检查中，仔细检查受热面管子与鳍片的焊接质量，质量有问题的加大监测比例并进行处理；在设备缺陷检查过程中，对缺陷的部位及缺陷性质做好详细记录并做出明显标志，填写设备缺陷报告单，及时上报后并负责跟踪闭环；锅炉受热面组合和封闭前，应对水冷系统、过热器、再热器等联箱以及减温器内部进行全面检查，对死角部位采用手电筒、反光镜、光导纤维内窥镜等检查手段进行检查清理，对于大口径管道及集箱焊口制定检查卡制度，焊口前应有该项目的施工技术员与施工负责人共同检查确认管道或集箱内无杂物签字后，方可焊接施工；对水冷壁、过热器、再热器等制造焊口进行外观检查，不合格者，应提交业主与制造厂研究处理及签证，处理后方准施工；施工人员在受热面对口过程中，严禁强力对口，对于错口、折口超标的坚决要割开重新对口；小口径管道必须采用无齿锯下料，使用气焊切割时要采取机械切除热影响区的安全措施，管道内部吹扫干净，管口封堵严密；受热面安装附件过程中，应严格按《规范》进行施工；严禁在被焊工件表面引燃电弧、试验电流或随意焊接临时铁件，高合金钢材料表面不得焊接对口用卡具；施工技术人员对所有合金钢材料进行详细分类，进行光谱分析不得遗漏并对不同材质表示不同颜色的油漆分类存放，以防施工过程中用错材质；受热面组合安装时，严禁将各种物件临时放入管道内；施工时，有专业的气割工进行作业并要求持证上岗，严禁无证施工，对螺旋水冷壁鳍片气割设立停工待检点，组织以一级、二级、三级联合检查验收；受热面管排间距尺寸应符合图纸要求，以防止烟气流通冲刷受热面带来的各种隐患；对施工焊接中产生的管材硬度超标情况进行换管或割口重新施焊处理；吹灰器安装间距、行程符合图纸要求，防止吹灰过程中气流对水冷壁的冲刷，造成受热面管道损伤，引起爆管；安装过程中要考虑设备的热膨胀，防止因膨胀系数不够引起设备损坏，安装过程中预留出足够的膨胀量，避免因膨胀受阻而

撕裂。

3.3 合理组织吹管后质量检查

在吹管中要根据锅炉特点，制定完善冲管方案，确保不留冲管死角，结束后要按锅炉受热面特点，割手孔检查，特别是对设计有节流孔的大屏进口汇集集箱、高过进口集箱、高再进口等集箱全部进行割手孔检查。

3.4 加强运行质量监控

机组运行中，应根据壁温测点反映的实际情况适当调整燃烧，避免温度偏差过大而造成局部管子或管屏的超温，从而有效地控制或降低氧化皮的形成速率；建议适当增加过热器和再热器的壁温测点，有效地掌握管屏的温度分布和是否有超温的情况，为运行控制提供依据；机组启动和非计划检修停运时，应尽量降低温度和负荷的变化速率，防止已生成的氧化皮脱落。在机组计划检修的停炉过程中，可以适当加快冷却速度，使已形成的氧化皮尽可能脱落，便于检修中清除。

异物堵塞是造成爆管的一个主要因素，但也不是不可避免的。只要做好结构特点的分析，制订有效的检修和防治措施，并从制造、安装、运行、检修等入手，严格监督执行每一个环节，就可以降低异物堵塞爆管带来的经济损失。

作者简介：李达疆（1976-），男，河南新乡人，河南第二火电建设公司工程师，研究方向：火力发电厂安装。