660MW超临界机组锅炉低温过热器爆管研究

摘 要：2009年12月，某锅炉厂660 MW超临界机组在运行了2600小时左右导致了爆管，专家根据事故现场进行了采样分析，并且通过对断裂口处的金相组织进行了勘察，得出管道的爆裂的原因在于内部管道在制作时投产的纵向裂纹存在问题，并在660 MW超临界机组运行的过程中逐步崩溃断裂。

关键字：低温过热器；爆管；超临界机组

中图分类号：TK223 文献标识码：A

一、概述

某锅炉厂660 MW超临界机组在运行超过2600小时后管道爆裂，但是运行过程全部正常，机组低温过热器产生爆裂位置在第五十二排第二根冷拔型12Cr1MoVG管道，管道壁厚度为6.5mm外直径为45mm。锅炉运行方式为单炉膛。事发时烟气温度为750℃，机组的标准管壁温度为490℃，标准压力为27.6MPa。机组在运行一段时间后产生了管道爆裂，本文也对其爆裂的原因进行了深入研究。

二、爆管原因分析方法。

（一）爆口的特征形貌。从图1中可以看出爆裂口处并没有出现气流冲刷的现象，爆裂口张开距离最大处约为29mm，整个裂口全长约为165mm，爆口最大处的管子周长约为151mm，这和通过外径计算的周长所差无几。爆裂口边缘的管壁也没有减少，平均值在7.12mm。管道断口，呈现分散状形态。除了靠近最外层的最后断裂外还可以看出，管道断口存在一定程度上的氧化，整个断裂处颜色为暗灰色。整个裂口处有多条纵向的暗黑色的沟槽。

（二）力学性能试验。因为现场的各项因素限制，导致能为实验搭建的管道长度有限，所以只能使用估算对实际管道爆口的延长段进行实验。实验结果如下，计算得强度为628MPa满足国际标准要求。

（三）断口的清洗。端口的颜色呈现暗灰色，专家推测可能是由于部分样品在爆管发生后，在高温下发生氧化反应。为了还原断口在锅炉冷却时的原貌，采用了超声波震动清洗技术以及化学侵蚀方法，清洗完毕后样品表面情况如图2所示。

分析图2可以得到，爆裂口可以根据颜色的不同分为两个部分，以内壁1/3处一个两边颜色有明显差异的横杠为分界线。靠近外壁的一端颜色较浅，靠近内壁的一端颜色较深，专家分析颜色较浅的那一半是在爆裂运行之后逐步扩展的新的断口，而颜色较深的那一半为原始断口。该分割线在整个爆裂断口的长度上都有体现。

三、分析讨论

综上及对首爆管的整体形态观察测量看出：超温导致爆管没有发生在钢管之上。并且通过管子力学性能试验得到的参数分析出材料具有很好的柔韧性和强度。这两项属性证明钢管因为柔韧性不够而导致较脆，既而在运行中产生较多扩展裂纹爆管的可能基本不存在。有可能的原因是因为管道本身材质所存在的缺陷导致管道爆裂。在钢管组运行中产生纵向裂纹的钢管无法承受管内诸多介质的压力而产生爆管。理由如下：（1）爆裂断口的近外壁和近内壁的颜色存在巨大差异，说明颜色较深的一端为首爆裂口，且产生时间在制管之前，原始的裂纹是从内壁开始并且爆裂断口的花纹未遭到破坏，可以推测出整个破坏是在最后一道工序涂色之前。外壁颜色较浅的一端的裂口则是在原始裂口已存在的情况下，随着生产过程的推进而产生的断口并逐步扩展。（2）扫描电镜照片显示，颜色存在差异的两段造成的原因还是因为受到氧化腐蚀的强弱不同而导致，证明两个断口存在与生产过程前期和生产过程中期，近端的颜色偏深处的爆裂断口是在生产过程的中期受到大量高温蒸汽导致。近外壁氧化腐蚀现象较不明显处的断口则是在断裂后裂纹产生了扩展。

四、解决方法

（一）管理措施。（1）防止锅炉“四管”的爆裂必须从工业生产的源头抓起。首当其冲的还是严加管理，加强基础建设，并且在管道运行时全程跟班检修。（2） 对检修管理的深化，安全责任记在心，做好大大小小锅炉的防爆检查，一旦发现隐患及时做好详细记录。通过问题发展的趋势分析其可能的原因并重点排查，制定规范的处理和防范措施。（3） 对采购金属的监督制度也应加大力度，对每一个电焊接口都要定期进行检查并录入日志。每个即将投入生产的锅炉都必须100%进行涡流检验和光谱测试。（4）做好应急措施，任何施工进程的开始都要有防爆装置和锅炉灭火保护装置，以面对任何突然事件，做好热工监督，与防爆有关的仪器仪表也要准确投入。

（二）技术措施。（1） 监造阶段。监造工程师选拔应严格，任何此位置的工程是必须具备焊接和无损检测方面的能力与经验，能够在自身能力掌控范围中完成无损检测和焊接全程。（2）施工阶段。安装前对联箱进行内窥镜检查，彻底清除眼镜片等杂物对所有机箱内部都清扫完毕后接受检查。加强受热面焊口的质量检测，对焊口进行抽检尽量做到准确无误。对安装焊口的质量确保到100%探伤合格才能投入使用。受热面管在进行组装之前都要用钢球对其进行通球试验，不得将钢球留在管内，编号管理，做好封闭措施一旦出现问题立刻记录录入日志。（3）锅炉冲管阶段。直流锅炉必须投入过热器减温水和再热器才能才用稳压串联方式冲管。将冷段的温度控制在390℃以内，在工作前应对减温水系统的使用程度进行检测。用检测后的内窥镜对联箱和水汽分离器配合进行检测。为了防止过热器再热器造成积水或水塞出现较大的偏差，锅炉的燃烧设计必须要用种类相近的煤种，并且炉管泄漏仪在锅炉冲管前投用。（4）试生产阶段。在机组整套启动和锅炉投运的初期，为了防止高温要时刻对管道管壁温度进行限制。直流炉设备要控制好煤和水的比例，投入系统也要注意检测和协调，防止给水系统的自动失灵和跟踪速度缓慢等现象。加强对运行参数的监视，过热器和再热器一旦发生温度超高要立刻调整避免管道爆裂。

参考文献

[1]杨启尧.电厂锅炉高温过热器爆管原因分析[J].设备管理与维修，2011（01）.