T23管材氧化皮防脫落控制措施

董衛(wèi)東

(青銅峽鋁業(yè)發(fā)電有限責(zé)任公司 寧夏 青銅峽751603)

T23材料用在鍋爐末級(jí)過(guò)熱器管上，其最高許用溫度為600 ℃，在高溫下運(yùn)行抗氧化性弱，易生成氧化皮，氧化皮積累到一定厚度，由于溫度變化大、速度快、頻次多，氧化皮與管材的熱膨脹系數(shù)差異相對(duì)較大，很容易引起氧化皮從金屬本體上剝離，造成管子堵塞發(fā)生爆管，對(duì)鍋爐安全運(yùn)行帶來(lái)很大安全隱患，通過(guò)采取相應(yīng)控制措施，保障鍋爐安全可靠運(yùn)行[1-4]。

型號(hào)為SG—1170/17.5—M722的某330 MW亞臨界鍋爐，系亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐。鍋爐采用單爐膛型布置、平衡通風(fēng)、冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，采用四角切向燃燒技術(shù)并配置全擺動(dòng)上下濃淡分離直流燃燒器。末級(jí)過(guò)熱器管排共81排，每排4根管子，呈W型布置，管材低溫段為T23材質(zhì)，高溫段為T91材質(zhì)。2018年10月中旬末級(jí)過(guò)熱器低溫段T23材料第42排第2根管子下部彎頭迎火面發(fā)生爆管泄漏，自2010年11月份投產(chǎn)以來(lái)，已運(yùn)行5.5 ×104h以上。爆口沿管縱向開(kāi)裂，張口很小，無(wú)明顯脹粗現(xiàn)象，外表面兩側(cè)存在多條與爆口平行的表面裂紋、氧化皮較厚。

1 爆管原因分析

1.1 微觀分析

對(duì)42-2號(hào)管樣爆口部位及爆口前后(介質(zhì)入口為前)迎風(fēng)側(cè)管材顯微組織進(jìn)行老化評(píng)級(jí)，爆口處組織為回火貝氏體，組織中度老化，評(píng)為3級(jí)，見(jiàn)圖1所示；爆口前200 mm處管材迎風(fēng)側(cè)組織為回火貝氏體，組織中度老化，評(píng)為3級(jí)，見(jiàn)圖2所示；爆口后200 mm處管材迎風(fēng)側(cè)組織為回火貝氏體，組織中度老化，評(píng)為3級(jí)，見(jiàn)圖3所示。

圖1 爆口部位組織

圖2 爆口前200 mm迎風(fēng)側(cè)組織

圖3 爆口后200 mm迎風(fēng)側(cè)組織

1.2 氧化皮厚度測(cè)試

對(duì)發(fā)生爆管的42-2號(hào)管樣內(nèi)剝落的氧化皮、管內(nèi)壁未剝落的氧化皮以及與其臨近的無(wú)異常的42-1號(hào)管樣內(nèi)壁未發(fā)生剝落的氧化皮進(jìn)行厚度測(cè)量。

管材在運(yùn)行、取樣以及制樣過(guò)程中存在附著氧化皮脫落的問(wèn)題，對(duì)堵塞在過(guò)熱器彎管處的氧化皮厚度進(jìn)行測(cè)量，厚度達(dá)到188 μm，除此以外，在管樣內(nèi)壁仍然附著有一定厚度的氧化皮，通過(guò)顯微觀察的方式對(duì)未剝落的氧化皮厚度進(jìn)行測(cè)量，厚度約為124 μm。假設(shè)管內(nèi)壁氧化皮均勻脫落，則可粗略估算發(fā)生爆管的42-2號(hào)管樣生成的氧化皮厚度應(yīng)≥300 μm。對(duì)此次爆管過(guò)程中未出現(xiàn)任何異常的42-1號(hào)管樣內(nèi)壁氧化皮厚度進(jìn)行測(cè)量，局部厚度達(dá)到170 μm左右。

1.3 力學(xué)性能檢測(cè)

對(duì)42-2號(hào)管樣爆口處及爆口對(duì)側(cè)分別取樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

可見(jiàn)爆口處及爆口對(duì)側(cè)管材抗拉強(qiáng)度均不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.4 綜合分析

42-2號(hào)爆管外觀存在較厚的氧化皮，無(wú)明顯脹粗現(xiàn)象，爆口處管壁減薄不明顯，爆口附近存在縱向裂紋。42-2號(hào)爆管爆口處組織老化3級(jí)，抗拉強(qiáng)度不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)合42-2號(hào)爆管管內(nèi)大量氧化皮堆積在彎頭處的情況和氧化皮厚度測(cè)量結(jié)果，可判斷該根管爆管的直接原因是氧化皮過(guò)厚(見(jiàn)圖4)，在機(jī)組啟停或振動(dòng)情況下脫落并堵塞在彎管處，導(dǎo)致管子傳熱不暢，最終發(fā)生長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱而爆管或脹粗。

圖4 脫落氧化皮

2 氧化皮剝落原因

2.1 運(yùn)行溫度

T23材料最佳使用溫度550 ℃，長(zhǎng)期在高溫運(yùn)行易被氧化，溫度的變化對(duì)氧化皮產(chǎn)生起著至關(guān)重要的作用[5-9]。氧化皮生成達(dá)到一定厚度后，快速啟停爐，機(jī)組負(fù)荷大范圍變化等工況運(yùn)行時(shí)因溫度驟變引起層間膨脹不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力作用是氧化皮開(kāi)裂甚至剝落的主要原因。

2.2 減溫水

主蒸汽溫度采用Ⅱ級(jí)噴水減溫器調(diào)節(jié)，Ⅰ級(jí)減溫器裝在屏式過(guò)熱器之前，Ⅱ級(jí)減溫器裝在末級(jí)過(guò)熱器之前，減溫水取自給水母管，控制主汽溫在正常范圍內(nèi)。機(jī)組運(yùn)行啟動(dòng)過(guò)程中如果Ⅱ級(jí)減溫水投運(yùn)量偏大，會(huì)造成管內(nèi)蒸汽溫度降低，與管壁溫度差發(fā)生變化，造成氧化皮脫落。

3 防止氧化皮剝落措施

3.1 加強(qiáng)技術(shù)監(jiān)督

利用機(jī)組檢修時(shí)間，對(duì)末級(jí)過(guò)熱器管進(jìn)行割管取樣、蠕漲測(cè)量、彎頭沉積物射線檢測(cè)垢樣分析；增加金屬壁溫測(cè)點(diǎn)，對(duì)壁溫測(cè)點(diǎn)、減溫水流量計(jì)按時(shí)校核；對(duì)集箱、減溫器按期開(kāi)展內(nèi)窺鏡檢查。通過(guò)積累歷史數(shù)據(jù)，及早發(fā)現(xiàn)氧化皮異常及變化，及時(shí)對(duì)減薄、異常管進(jìn)行更換，對(duì)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)彎頭內(nèi)存在沉積氧化皮大于管徑1/3的管排，割管進(jìn)行沉積物清理。采取相應(yīng)措施不發(fā)生脫落堵管。

3.2 運(yùn)行控制[10]

3.2.1 氧化皮吹掃

針對(duì)管內(nèi)已生成氧化皮及可能存在脫落的少量氧化皮，在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，在主汽壓力升至4 MPa, 鍋爐爐膛煙溫≤538 ℃，主汽溫度≤360 ℃。利用快開(kāi)高旁和向空排汽電動(dòng)門的方法進(jìn)行氧化皮3次吹掃，通過(guò)瞬間壓力和流量的快速變化把殘存和脫落的氧化皮帶出。

3.2.2 減溫水控制

從鍋爐點(diǎn)火到汽機(jī)沖轉(zhuǎn)前，應(yīng)用小煤量、一次風(fēng)壓、二次風(fēng)量控制升溫速度，正常情況不允許投減溫水。當(dāng)汽包壓力升至1.0 MPa,提高除氧器水溫至110 ℃以上，開(kāi)啟減溫水系統(tǒng)各疏水，將減溫水管路的冷水放盡。投入減溫水控制溫度時(shí)，應(yīng)先投Ⅰ級(jí)減溫水，嚴(yán)禁使用Ⅱ級(jí)減溫水。當(dāng)使用減溫水時(shí)操作要平穩(wěn)，減溫水電動(dòng)門開(kāi)關(guān)幅度盡量保證在20%/min以內(nèi)。任何工況下減溫后溫度應(yīng)比其對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度高20 ℃(主汽壓力2～3 MPa時(shí)，對(duì)應(yīng)的飽和溫度226～236 ℃；主汽壓力3～5 MPa時(shí)，對(duì)應(yīng)的飽和溫度236～252 ℃；主汽壓力4～5 MPa時(shí)，對(duì)應(yīng)的飽和溫度250～265 ℃)。溫度控制要超前，避免突開(kāi)突關(guān)減溫水門使管壁急速降溫和升溫，導(dǎo)致氧化皮大面積集中剝落。汽輪機(jī)沖車前，控制爐膛出口煙溫不超過(guò)538 ℃，盡量不投減溫水。

3.2.3 主要參數(shù)控制

鍋爐在BMCR工況下運(yùn)行時(shí)，過(guò)熱蒸汽出口溫度為541 ℃、出口蒸汽壓力為17.5 MPa。末級(jí)過(guò)熱器金屬設(shè)定報(bào)警溫度580 ℃，正常運(yùn)行按低于報(bào)警值30 ℃控制，金屬壁溫≤550 ℃。在末級(jí)過(guò)熱器金屬壁溫正?；A(chǔ)上，使主蒸汽汽溫控制在541 ℃左右(533 ℃～546 ℃之間波動(dòng))。為保證主汽汽溫，設(shè)定出口蒸汽溫度541 ℃；過(guò)熱器一級(jí)減溫水調(diào)門設(shè)定值≤510 ℃，過(guò)熱器二級(jí)減溫水調(diào)門設(shè)定值≤541 ℃，主蒸汽汽溫?cái)_動(dòng)大時(shí)可以通過(guò)改變?cè)O(shè)定值來(lái)達(dá)到控制減溫水量的目的。由于受熱面可能存在較大的熱偏差，受熱面蒸汽溫度的控制要服從金屬溫度，金屬溫度超溫要視情況降低蒸汽溫度運(yùn)行。

機(jī)組正常加減負(fù)荷時(shí)：變化率≤6 MW/min，汽溫波動(dòng)≤2 ℃/min。鍋爐負(fù)荷≥65%額定負(fù)荷時(shí)，按照規(guī)定進(jìn)行受熱面吹灰，蒸汽吹灰器投入時(shí)要嚴(yán)格按照吹灰壓力、溫度規(guī)定執(zhí)行。加強(qiáng)汽水品質(zhì)的監(jiān)督，控制好鍋爐的排污量；夏季由于精處理頻繁退出的情況下，要適當(dāng)增加排污量，確保汽水指標(biāo)合格。

4 結(jié) 論

通過(guò)微觀組織分析、氧化皮厚度測(cè)試及力學(xué)性能檢測(cè)等方法，得出T23末級(jí)過(guò)熱器管爆管是由于管內(nèi)氧化皮過(guò)厚，機(jī)組啟?；蛘駝?dòng)情況下脫落并堵塞受熱面管，發(fā)生長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱爆管所致。通過(guò)制定控制氧化皮生成速率、防止脫落及堵塞的措施，可減少T23受熱面管因氧化皮脫落堵管造成的爆管。