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    某廠2x 300 MW機組的鍋爐為上海鍋爐廠引進美國CE公司技術生產的亞臨界中間再熱控制循環汽包爐。燃燒器為四角切圓布置，采用上下濃淡分離、一次風噴嘴和同心反切燃燒技術。末級過熱器（簡稱末過）管材為鋼102 (12Cr2MoWVTiB)，規格為Q51 mm×7.5 mm。末級過熱器共計有81排，每排4根管，形成4套管。過熱蒸汽系統中設有二級噴水減溫：一級噴水減溫器布置在低溫過熱器與分隔屏之間，二級噴水減溫器布置在后屏與末過之間，減溫水來自給水泵出口。為節約鍋爐啟動及助燃用油，在燃燒器B層上安裝了微油點火系統，此后，鍋爐的末級過熱器41排在2次機組啟動后不久都發生了爆管事故。
1、爆管事故概況
    事故1：2008年8月20日20:53，機組啟動后不久，負荷240 MW，再熱汽溫突升，熱井補水量增大，就地檢查發現IK15長吹灰器處往外冒蒸汽，有泄漏聲，停爐后發現末級過熱器處爐左數第41排前數第2根管爆泄，有上下2個爆泄口，上爆口離下彎頭約480 mm，爆口尺寸為42 mm×2 mm，管子外徑脹粗鼓包明顯，爆口周圍有龜裂跡象，管子外表面有部分氧化皮脫落。下爆口在上爆口下方100 mm處，下爆口較大，呈窗口狀，長寬尺寸為62 mm×40 mm，管壁垂直外翻90°，邊緣鋒利、減薄明顯，最邊緣厚不到lmm，如圖l所示。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
    事故2：2008年12月25日21: 33，機組啟動后不久，運行人員巡查發現47 m層有泄漏聲。停爐后檢查發現末級過熱器處爐左數第41排前數第7根泄漏，在U型上方約800 mm的焊口上有2條開口的縱向裂紋。管子外徑脹粗鼓包明顯，泄漏裂紋周圍有龜裂跡象，管子外表面有部分氧化皮脫落過熱宏觀特征，如圖2所示。
2、原因分析
    從爆管裂紋來看，過熱特征明顯并且基本屬于短期過熱型。過熱爆管主要與過熱器長期超溫過熱和異物堵塞短期過熱有關。
2.1長期超溫過熱
    根據四角切圓燃燒鍋爐的特點，爐膛出口處氣流殘余旋轉為順時針方向，末級過熱器煙氣溫度場呈左高右低的特征，但實際上末過管壁溫度卻呈兩側低中間高的“M型”，見圖3。這是由于蒸汽流量不均與煙氣溫度場不均存在不一致所導致。另外，末過左右兩側管壁溫度偏差不大，且管壁溫度均在正常范圍內。從歷史趨勢看，末過管壁溫度最高從未超過580℃。41排管壁溫度在所有管排中較低，發生超溫爆管機率遠小于其它管排，因此可以排除長期超溫爆管的可能。
2.2水（汽）塞過熱
    鍋爐點火啟動前，過熱器管束下部U型管內，可能因各種原因存有積水或者在低負荷時大量噴水減溫，由于霧化不良，留存積水在過熱器U型管內形成水塞，造成過熱器管束內介質停滯，使得過熱器管束管壁溫度急劇上升，發生超溫，導致過熱器爆管（見圖4）。當過熱器發生水塞時，過熱汽溫及管壁溫度會急劇上升，但從末級過熱器壁溫變化趨勢（圖5）看，爆管前壁溫上升緩慢，并未發生突變，因此可以排除發生水塞爆管的可能。
2.3氧化皮脫落堵塞過熱
    鍋爐金屬管在高溫水蒸汽環境下產生氧化皮屬于正常現象，氧化皮脫落導致過熱器、再熱器爆管的問題在超（超）臨界機組中比較常見，但亞臨界機組發生氧化皮脫落卻較少見。氧化皮脫落的條件是氧化層達到一定厚度的臨界值(通常不銹鋼為0.1mm)或溫度變化幅度大，速度快，頻率高。由于管子金屬材料的線膨脹系數比氧化皮線膨脹系數大得多，所以當過熱器或再熱器在啟動或停爐時，會產生很大的脹差而促使氧化皮脫落。
    根據有關統計文獻表明，粗晶奧氏體不銹鋼管(12Cr2MoWVTiB)過熱器，設計出口溫度為540℃左右的鍋爐可能會在運行3萬h后首次出現氧化皮脫落。該鍋爐自2001年5月正式投運以來運行時間已遠超4萬h，根據測試過熱器氧化皮層厚度遠低于臨界值，但在過熱器爆管之前金屬溫度劇烈變化現象卻較為明顯。
    (1)第1次過熱器爆管前15d內因水冷壁泄漏啟停多次，停爐后采用了通風冷卻；第2次爆管前2天發生鍋爐MFT甩負荷。以第2次爆管事故為例，對其原因進行具體分析。
    12月22日15:00鍋爐MFT．23日21: 20點火啟動，24日10:33機組并網，25日21:33運行人員發現末級過熱器爆管，從機組點火啟動到發現爆管時間較短。
    從圖6中知，機組點火至并網前管壁溫度呈鋸齒型大幅度波動，遠大于正常啟動時壁溫變化，機組并網后二級減溫器大量噴水導致汽溫及壁溫大幅波動，以上這些原因均有可能引起氧化皮脫落。
    (2)安裝的微油點火系統在啟動過程中，由于煤粉燃燒不完全，火焰中心上移，爐膛出口煙溫高。在初負荷時由于屏式過熱器出口溫度易超溫，故不得不采用多投減溫水的辦法來防止超溫，減溫水頻繁投用使過熱汽溫及壁溫大幅波動。從末過管系結構分析，末過共81排，左數第41排前數第2根管正處于進口聯箱中間位置，對應其正上方為二級減溫器噴嘴位置。
    根據以上分析比較，這兩次爆管符合氧化皮脫落堵塞短期過熱爆管的特征，因此這兩次爆管主要與氧化皮脫落堵塞過熱有關。
3、氧化皮脫落和防范措施
    在機組啟停過程中，管子的溫度變化幅度最大，管內氧化皮最容易剝落。特別是緊急停爐時，由于爐膛溫度急冷，壁溫驟降，很容易造成氧化皮脫落。加之在啟動初期蒸汽流量較小，不能迅速地將剝落的氧化皮帶走，等到大流量時，已經在管徑較小的彎頭處形成堵塞，就會產生超溫。另外，啟動過程中噴水減溫導致管壁金屬溫度劇烈變化也是導致氧化皮剝落原因之一，所以氧化皮堵塞造成的爆管大多發生在啟動后短時間內，可以采取以下防范措施：
    (1)嚴格控制鍋爐升降負荷速度，避免啟停頻繁，減小熱沖擊。
    停爐過程中嚴格按照規程要求執行，嚴格控制降溫率＜1.5℃/min，停爐后保持悶爐狀態。當空預器進口煙溫降至204℃方可開啟送風機通風冷卻，鍋爐泄壓后方可啟動引風機運行。
    啟動時應嚴格控制鍋爐溫升率，特別是微油改造后啟動初期溫升率難以控制時應投大油槍運行，避免汽溫急劇升高。啟動過程中，在60MW負荷之前禁投二級減溫水，避免汽溫及壁溫劇烈波動。啟動初期，通過開啟汽機高低旁對系統進行大流量低壓沖洗，將已沉積的氧化皮沖走。在啟動和升負荷期間，注意監視管壁溫度變化，發現異常可以采用快速升降負荷變壓沖洗。
    (2)建立長效的爐管監視體制，運行中加強對汽溫及管壁溫度監視和調整，加強爐膛吹灰降低過再熱器壁溫。加強鍋爐燃燒調整，減小煙溫偏差，避免局部過熱超溫。
    利用停爐機會進行射線檢查，特別是對減溫器及垂直管屏底部割管檢查氧化物生成情況。
    (3)增大管屏彎管的彎曲半徑，以減輕氧化皮剝落后的管內截面方向堵塞程度。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
4、結語
    在鍋爐點火啟動初期，由于溫升率變化過快、初負荷投減溫水等原因導致過熱器氧化皮脫落，從而引起過熱器爆管。為了避免該類事故的發生，建議嚴格控制鍋爐升降負荷速度，避免啟停頻繁，減小熱沖擊。同時建立長效的爐管監視體制，加強對蒸汽和管壁溫度監視，防止管壁超溫，減少發生爆管的機率。