趙春海，徐笑丹，劉士玲，孫連玉

（1.神華神皖安慶皖江發(fā)電有限責任公司，安徽 安慶 246000；2.國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學研究院，長春 130021）

鍋爐是火力發(fā)電廠主要設備之一，正常運行是機組安全運行的基本保證。某熱電廠1號鍋爐型號為HG－1102/17.5－YM33，為亞臨界、一次中間再熱、直流燃燒器、四角切向燃燒、單爐膛、Π 型布置的自然循環(huán)汽包爐。凝結水配置100%精處理裝置，給水采用氨水處理、爐水采用低磷酸鹽處理，屏式再熱器管材質為12Cr1MoVG，規(guī)格為φ63 mm×4 mm，再熱蒸汽額定溫度540 ℃、壓力3.8 MPa。1號機組自上次大修以來累計運行約19 000h。2012年10月18日，鍋爐屏式再熱器發(fā)生爆管泄漏，導致機組緊急停機，為查清爆管泄漏原因，從以下幾方面進行分析。

1 泄漏原因分析

1.1 沉積物性質及產(chǎn)生原因

爆管后進行割管檢查，各爆口前后0.5m 處屏式再熱器直管段均有沉積物，沉積物較松散，表面粗糙，沉積物pH 值在12左右，平均厚度約0.28mm，經(jīng)能譜儀分析，沉積物中Na2O 質量分數(shù)為35.7%、P2O5質量分數(shù)為49.2%。根據(jù)亞臨界參數(shù)蒸汽對各種雜質的溶解攜帶、機械攜帶特性及其在蒸汽系統(tǒng)中的沉積特性，表明鍋爐運行過程中蒸汽存在嚴重的機械攜帶，使蒸汽中水攜帶的磷酸三鈉在再熱器管內部沉積，機械攜帶較大的原因為汽包水位控制偏高、長期負荷變動頻繁、汽水分離器出現(xiàn)短路等。

1.2 宏觀特性分析

停機后，發(fā)現(xiàn)甲側第3根（左數(shù)，標高51 m）再熱器管有2個泄漏點，泄漏點均在直管段，漏點距下彎頭分別為500mm、200mm，爆口不大、邊緣不鋒利，泄漏點外壁有少量氧化皮、管壁無明顯減薄現(xiàn)象，第3根管漏點見圖1。

緊鄰的第4根管束漏點與第3根位置對應，但形貌明顯不同，外壁有明顯被蒸汽吹損的痕跡，管壁明顯減薄，第4根管漏點見圖2。

從第3、4根管漏點內、外形貌初步推斷，第3根管先爆管泄漏，泄漏蒸汽吹損了相鄰的第4根管，使第4根管壁爆口處明顯減薄，承受不了內壁的壓力而發(fā)生爆破。

1.3 管樣化學成分分析

對第3、4根管樣進行了化學成分分析，分析結果見表1。分析結果表明，再熱器管材質材料主要成分均符合GB/T 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》中的12Cr1MoVG 對應化學成分的要求，與設計材質相符。

1.4 金相組織分析

在爆口處取樣進行金相檢驗，第3根泄漏處基體組織為鐵素體＋少量珠光體＋碳化物，珠光體基本完全球化，球化評級4 級，見圖3a。第4 根泄漏處基體組織為鐵素體＋碳化物，珠光體完全球化，球化評級4～5級，見圖3b。

圖1 第3根管漏點（距下彎頭200mm）

圖2 第4根管漏點（距下彎頭200mm）

1.5 力學性能分析

表1 管樣成分分析結果 %

圖3 200倍金相組織

在第3、4根直管段（距離爆口處500mm 處）上取樣進行常溫拉伸試驗，結果見表2。

表2 常溫拉伸試驗結果

經(jīng)外徑測量管徑脹粗不明顯，第3根管平均外徑為63.5mm，第4根管平均外徑為63.1mm，2根管均無明顯壁厚減薄現(xiàn)象。管材的抗拉強度低于標準GB/T 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》中12Cr1MoVG 的抗拉強度要求，斷后伸長率符合標準要求。

通過內部沉積物分析、宏觀檢查、金相組織、材質化學成分分析、力學性能分析等綜合分析，得出1號鍋爐再熱器爆管泄漏的直接原因是磷酸三鈉沉積在屏式再熱器內部引起管壁長時間過熱。

2 積鹽對再熱器管傳熱影響分析

再熱器管積鹽所引起的超溫程度，遠較水冷壁嚴重，這是由于再熱器蒸汽和汽水混合物兩者的傳熱系數(shù)不同所致。為了進一步探索積鹽量對再熱器管壁溫度的影響，需要進行積鹽量對管壁溫度的影響估算。當再熱器管內基本無鹽垢時，管壁的平均溫度可按式（1）進行估算［1］：

式中：Tp為再熱器管壁的平均溫度；tj為介質溫度；Q為熱負荷［取146 300～188 100kJ/（m2·h）］；β為外徑與內徑之比；a2為由器壁內表面到介質的傳熱系數(shù)［取10 450～20 900kJ/（m2·h·℃）］；Dw為外徑；λ為管壁的傳熱系數(shù)。

當再熱器管有鹽垢時，管壁溫度按式（2）進行估算［1］：

式中：tc為允許的 溫 度 偏 差（30 ℃）；λg為 鹽 垢 的 導熱系數(shù)；Dg為管內鹽垢層的內徑。

屏式再熱器管材質為12Cr1MoVG，管徑為φ63 mm×4mm，再熱汽溫設計值為540 ℃，λ為137.94 kJ/（m2·h·℃），λg為4.18kJ/（m2·h·℃），分別根據(jù)式（1）、式（2），可估算無積鹽時，管壁平均溫度為545℃；積鹽0.28mm 時，管壁平均溫度可達585℃（超過額定溫度近45 ℃），爆管泄露前1個月內，分布式控制系統(tǒng)（DCS）中泄漏處附近再熱器壁溫在569～581 ℃之間，對于低合金鋼，在超過額定溫度下較長時間運行，易發(fā)生爆管泄漏事故。計算再熱器壁溫與實測壁溫基本吻合及金相檢驗結果表明，磷酸三鈉沉積在再熱器內部引起再熱器管壁長時間過熱導致鍋爐再熱器爆管。

3 結論與建議

1號鍋爐再熱器爆管泄漏的直接原因是磷酸三鈉沉積在再熱器內部引起再熱器管壁長時間過熱，而磷酸三鈉在再熱器內部沉積的主要原因是1號汽包汽水分離器異常導致蒸汽的機械攜帶量升高。通過對汽包水位控制、負荷變動及汽包內部裝置等進行分析、檢查，發(fā)現(xiàn)汽包左側第2 個汽水分離器傾斜，對傾斜的汽水分離器進行重新安裝并對存在泄漏的再熱器管段進行了更換。為了有效避免再熱器積鹽造成超溫運行，應從以下幾個方面做好工作。

a.控制好汽包水位和負荷變動率，有條件時應進行熱化學試驗，依據(jù)試驗結果控制藥劑劑量、汽包水位、水位與負荷變動率等。

b.大修期間，應對汽包內部裝置進行檢查，重點包括旋風分離器、波紋板和百葉窗等汽、水分離裝置的完好性。

c.應按照要求做到精處理系統(tǒng)100%投入，尤其是凝汽器、熱網(wǎng)加熱器等出現(xiàn)泄漏、滲漏時；同時還應及時消除凝汽器、熱網(wǎng)加熱器的泄漏、滲漏現(xiàn)象，以保證給水、減溫水的水質。

d.化學技術監(jiān)督要到位，凝結水、給水水質不合格，應按三級處理原則進行處理。

［1］ 竇照英.結垢和積鹽引起的過熱爆破［J］.華北電力技術，1979，（6）：42－47.