丁翠蘭，張 偉

（1.華電萊州發(fā)電有限公司，山東 煙臺(tái) 261441；2.國(guó)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

隨著超（超）臨界發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，特別是溫度參數(shù)的顯著提高，高溫受熱面易發(fā)生蒸汽側(cè)氧化。氧化層的絕熱作用引起金屬超溫，剝落的氧化物顆粒對(duì)汽輪機(jī)前兩級(jí)葉片和噴嘴等的沖蝕，以及汽門卡澀等。其中剝離的氧化皮阻塞汽流造成鍋爐過(guò)熱器、再熱器管超溫爆管，已成為全球范圍內(nèi)鍋爐爐管失效的第二位主要起因。如何減緩機(jī)組氧化皮剝落速度，提高機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性，成為目前亟待研究解決的問(wèn)題。某電廠雖然針對(duì)氧化皮問(wèn)題已采取了措施，但2017年還是二次因氧化皮剝落導(dǎo)致停機(jī)。本文就事故的原因進(jìn)行研究探討，以期得到防治氧化皮剝落的有效對(duì)策。

1 鍋爐泄漏事件

某公司2號(hào)機(jī)組鍋爐是一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架。低溫過(guò)熱器布置在后豎井煙道內(nèi)，分為水平段和垂直出口段。整個(gè)低溫過(guò)熱器為順列布置，蒸汽與煙氣逆流換熱。低溫過(guò)熱器蛇形彎3根管由外向內(nèi)彎曲半徑依次為118.5 mm、161.5 mm、86 mm，管子與集箱之間無(wú)節(jié)流孔。低過(guò)材質(zhì)為 12 Cr1MoV，規(guī)格分別為 φ57×9（下管組蛇形管）、φ57×12、φ57×10（上管組蛇形管）、φ50.8×11（垂直段蛇形管）。

2017年3月14日，2號(hào)機(jī)組1 000 MW超超臨界直流鍋爐點(diǎn)火。在機(jī)組負(fù)荷升到518 MW時(shí)，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)低溫過(guò)熱器第52、84、87、94屏管壁溫度達(dá)到報(bào)警值，停止增帶負(fù)荷，經(jīng)運(yùn)行調(diào)整無(wú)效，報(bào)調(diào)度批準(zhǔn)后，機(jī)組停運(yùn)。

2017年12月23日，2號(hào)機(jī)組負(fù)荷1 005 MW，爐低溫過(guò)熱器管發(fā)生泄漏，造成停爐。

2 鍋爐泄漏的原因

連續(xù)發(fā)生鍋爐低溫過(guò)熱器泄漏，引起公司足夠重視，成立了技術(shù)攻關(guān)小組，開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)檢查、光譜分析、氧化皮檢測(cè)、低過(guò)垂直段管排出口蠕脹測(cè)量、壁溫和煙溫分析、查看加氧情況、近期鍋爐啟停、歷次檢修情況等，綜合各項(xiàng)檢查、檢驗(yàn)結(jié)果，技術(shù)專家得出，兩次事故的主要原因均是氧化皮剝落，堆積堵塞彎頭，使低溫過(guò)熱器管子內(nèi)蒸汽流量降低，短時(shí)過(guò)熱爆管、泄漏，造成機(jī)組非停事件，如圖1、2所示。因此，分析氧化皮剝落的原因是制定控制措施，避免事故再次發(fā)生的關(guān)鍵。

圖1 割管后氧化皮堆積情況

圖2 原始爆口

3 氧化皮生成的原因

鍋爐低溫過(guò)熱器壁溫設(shè)計(jì)值528℃，壁溫限值定為573℃。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，測(cè)量值較爐內(nèi)實(shí)際值偏低30～50℃，若壁溫達(dá)到報(bào)警值，實(shí)際值將超過(guò)12 Cr1MoV的抗氧化溫度（580℃）。因此，低過(guò)的壁溫報(bào)警值設(shè)置不合理，導(dǎo)致低過(guò)管運(yùn)行的實(shí)際壁溫部分時(shí)段超出其抗氧化溫度，加速了氧化皮的生成。

BRL工況下各受熱面煙氣溫度與設(shè)計(jì)值對(duì)比，屏氏過(guò)熱器底部煙溫超出設(shè)計(jì)值100℃左右，低溫再熱器、低溫過(guò)熱器、省煤器煙溫接近設(shè)計(jì)值高限，各受熱面均處于較高的煙溫環(huán)境中，加速了氧化皮的生成。高過(guò)、高再受熱面在歷次檢修中均出現(xiàn)了氧化皮脫落、堆積現(xiàn)象，歷次氧化皮堆積超標(biāo)數(shù)量見(jiàn)表1。

表1 過(guò)熱器氧化皮堆積量超標(biāo)情況

4 氧化皮剝落的原因

查閱機(jī)組啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)水罐水位部分時(shí)段水位超過(guò)MFT保護(hù)值（21.5 m），使低過(guò)受熱面進(jìn)水，部分煙溫較高管段溫度急速變化，氧化皮剝落［1-2］、堆積。

查閱機(jī)組溶氧歷史曲線發(fā)現(xiàn)，手動(dòng)加氧調(diào)節(jié)品質(zhì)差，溶氧控制不合理，部分時(shí)間段蒸汽的含氧量過(guò)高，如某次小修后啟動(dòng)20多天的時(shí)間段內(nèi)，主蒸汽溶氧偏高，約為12～13 ppb，且發(fā)現(xiàn)氫電導(dǎo)、比電導(dǎo)瞬時(shí)波動(dòng)，存在加氧控制不精細(xì)的問(wèn)題，如圖3。合理的蒸汽溶氧值應(yīng)在7～8 ppb，最高不能超過(guò)10 ppb，蒸汽溶氧值高會(huì)對(duì)氧化皮生長(zhǎng)環(huán)境造成破壞。

圖3 機(jī)組溶氧歷史曲線

查閱2016年1月以后的低過(guò)壁溫曲線，發(fā)現(xiàn)存在多次壁溫550℃的現(xiàn)象，見(jiàn)表2。蒸汽參數(shù)越高，風(fēng)險(xiǎn)越大［3］，氧化皮越容易剝落［4］。 分析在該狀態(tài)下，爐內(nèi)管實(shí)際運(yùn)行壁溫已超過(guò)該材質(zhì)抗氧化溫度。

通過(guò)與同類型機(jī)組設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)對(duì)比，該公司2號(hào)鍋爐低過(guò)材料抗氧化性能設(shè)計(jì)余量過(guò)低，存在設(shè)計(jì)缺陷。

實(shí)際運(yùn)行中，各受熱面煙氣溫度均接近于設(shè)計(jì)值上限，需進(jìn)一步優(yōu)化運(yùn)行方式。

汽水品質(zhì)控制需加強(qiáng)，加氧方式需要進(jìn)一步調(diào)研和優(yōu)化。

5 氧化皮剝落的防治措施

根據(jù)氧化皮發(fā)生剝落的原因，該公司防止氧化皮大面積剝落的措施主要從以下2個(gè)方面考慮：抑制管壁金屬溫度水平以降低氧化皮的生長(zhǎng)速度；通過(guò)運(yùn)行調(diào)整改變氧化皮的剝落方式，使氧化皮在運(yùn)行過(guò)程中就以碎屑狀陸續(xù)剝落并隨蒸汽流帶出，避免發(fā)生大面積剝落等方面考慮。具體的防治對(duì)策如下：

表2 低過(guò)壁溫超過(guò)550℃時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)

1）垂直管段材料升級(jí)。對(duì)于局部金屬運(yùn)行溫度較高且難以通過(guò)運(yùn)行調(diào)整降到合理溫度范圍或設(shè)計(jì)溫度較高的受熱面垂直管段，由原來(lái)的12 Cr1MoVG升級(jí)為抗蒸汽氧化性能更好的T91材料。

2）割管檢測(cè)清理。機(jī)組檢修期間，制定詳細(xì)的檢查計(jì)劃，對(duì)低過(guò)垂直段下彎頭全部進(jìn)行氧化皮堆積檢查，對(duì)檢查發(fā)現(xiàn)堆積量超過(guò)1／4的管段，割管清除干凈氧化皮。定期對(duì)低過(guò)、屏過(guò)、高過(guò)進(jìn)行化學(xué)清洗，清除氧化皮層。

3）對(duì)低過(guò)垂直段進(jìn)行局部隔熱噴涂，降低低過(guò)垂直段吸熱量，避免管壁超溫。

4）合理設(shè)置低過(guò)壁溫限值，最高壁溫限值暫設(shè)定為550℃。

5）加裝壁溫測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)壁溫監(jiān)視。低過(guò)第一管全部加裝壁溫測(cè)點(diǎn)，高溫區(qū)全部管段加裝測(cè)溫測(cè)點(diǎn)。

6）通過(guò)改變煤水比例，調(diào)整鍋爐燃燒工況，細(xì)化運(yùn)行操作措施，改善受熱面管的溫度場(chǎng)分布，加強(qiáng)吹灰，降低漏風(fēng)率，降低火焰中心，控制各受熱面入口煙溫不超過(guò)設(shè)計(jì)值等，有效降低受熱面管子的壁溫偏差和汽溫偏差，嚴(yán)防局部超溫，有效降低溫度偏高部位管內(nèi)壁氧化皮的生長(zhǎng)速率。

7）借鑒國(guó)內(nèi)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化加氧方式。控制蒸汽溶氧值在7～8 ppb，最高不能超過(guò)10 ppb。

8）通過(guò)改變減溫水投入方式、減溫水使用量或機(jī)組負(fù)荷調(diào)峰等手段，適當(dāng)增大蒸汽溫度波動(dòng)的幅度和速度，使較厚的氧化皮在運(yùn)行中遇到熱應(yīng)力波動(dòng)時(shí)能夠陸續(xù)發(fā)生剝落并及時(shí)被蒸汽帶走，有效消除停爐時(shí)發(fā)生大面積剝落的事故隱患。

9）啟爐時(shí)利用旁路進(jìn)行蒸汽吹掃，可有效清除大部分管內(nèi)的氧化皮剝落物。

10）氧化皮剝落主要發(fā)生在啟停過(guò)程中，在啟動(dòng)鍋爐結(jié)束后應(yīng)在一段時(shí)間內(nèi)盡量維持機(jī)組大負(fù)荷運(yùn)行，盡快帶走受熱面內(nèi)殘存的氧化 皮。大修停機(jī)時(shí)應(yīng)盡快冷卻，使氧化皮能夠迅速剝落以便及時(shí)清理。

11）調(diào)研收資同類型鍋爐運(yùn)行情況，聯(lián)系鍋爐廠進(jìn)一步核實(shí)設(shè)計(jì)情況，確定可行的徹底解決方案。

6 結(jié)束語(yǔ)

采取上述措施后，機(jī)組連續(xù)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的可靠性得到了有效提高。超超臨界機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中氧化皮的產(chǎn)生與剝落是不可避免的。檢修和運(yùn)行人員要深刻認(rèn)識(shí)氧化皮問(wèn)題產(chǎn)生的機(jī)理、特點(diǎn)、危害等方面問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，在操作中精心控制，成功控制氧化皮的產(chǎn)生與剝落，確保機(jī)組長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，提高超臨界機(jī)組運(yùn)行、維護(hù)和檢修的水平。