某廠2x 300 MW機(jī)組的鍋爐為上海鍋爐廠引進(jìn)美國CE公司技術(shù)生產(chǎn)的亞臨界中間再熱控制循環(huán)汽包爐。燃燒器為四角切圓布置，采用上下濃淡分離、一次風(fēng)噴嘴和同心反切燃燒技術(shù)。末級過熱器（簡稱末過）管材為鋼102 (12Cr2MoWVTiB)，規(guī)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(tǒng)中設(shè)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(jié)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(tǒng)，此后，鍋爐的末級過熱器41排在2次機(jī)組啟動后不久都發(fā)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(jī)組啟動后不久，負(fù)荷240 MW，再熱汽溫突升，熱井補(bǔ)水量增大，就地檢查發(fā)現(xiàn)IK15長吹灰器處往外冒蒸汽，有泄漏聲，停爐后發(fā)現(xiàn)末級過熱器處爐左數(shù)第41排前數(shù)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(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)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(jī)組啟動后不久，運行人員巡查發(fā)現(xiàn)47 m層有泄漏聲。停爐后檢查發(fā)現(xiàn)末級過熱器處爐左數(shù)第41排前數(shù)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(guān)。
2.1長期超溫過熱
    根據(jù)四角切圓燃燒鍋爐的特點，爐膛出口處氣流殘余旋轉(zhuǎn)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(cè)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(dǎo)致。另外，末過左右兩側(cè)管壁溫度偏差不大，且管壁溫度均在正常范圍內(nèi)。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(fā)生超溫爆管機(jī)率遠(yuǎn)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(nèi)，可能因各種原因存有積水或者在低負(fù)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(nèi)形成水塞，造成過熱器管束內(nèi)介質(zhì)停滯，使得過熱器管束管壁溫度急劇上升，發(fā)生超溫，導(dǎo)致過熱器爆管（見圖4）。當(dāng)過熱器發(fā)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(fā)生突變，因此可以排除發(fā)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(huán)境下產(chǎn)生氧化皮屬于正常現(xiàn)象，氧化皮脫落導(dǎo)致過熱器、再熱器爆管的問題在超（超）臨界機(jī)組中比較常見，但亞臨界機(jī)組發(fā)生氧化皮脫落卻較少見。氧化皮脫落的條件是氧化層達(dá)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(shù)比氧化皮線膨脹系數(shù)大得多，所以當(dāng)過熱器或再熱器在啟動或停爐時，會產(chǎn)生很大的脹差而促使氧化皮脫落。
    根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計文獻(xiàn)表明，粗晶奧氏體不銹鋼管(12Cr2MoWVTiB)過熱器，設(shè)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(xiàn)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(yuǎn)超4萬h，根據(jù)測試過熱器氧化皮層厚度遠(yuǎn)低于臨界值，但在過熱器爆管之前金屬溫度劇烈變化現(xiàn)象卻較為明顯。
    (1)第1次過熱器爆管前15d內(nèi)因水冷壁泄漏啟停多次，停爐后采用了通風(fēng)冷卻；第2次爆管前2天發(fā)生鍋爐MFT甩負(fù)荷。以第2次爆管事故為例，對其原因進(jìn)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(jī)組并網(wǎng)，25日21:33運行人員發(fā)現(xiàn)末級過熱器爆管，從機(jī)組點火啟動到發(fā)現(xiàn)爆管時間較短。
    從圖6中知，機(jī)組點火至并網(wǎng)前管壁溫度呈鋸齒型大幅度波動，遠(yuǎn)大于正常啟動時壁溫變化，機(jī)組并網(wǎng)后二級減溫器大量噴水導(dǎo)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(tǒng)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(fù)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(jié)構(gòu)分析，末過共81排，左數(shù)第41排前數(shù)第2根管正處于進(jìn)口聯(lián)箱中間位置，對應(yīng)其正上方為二級減溫器噴嘴位置。
    根據(jù)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(guān)。
3、氧化皮脫落和防范措施
    在機(jī)組啟停過程中，管子的溫度變化幅度最大，管內(nèi)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(jīng)在管徑較小的彎頭處形成堵塞，就會產(chǎn)生超溫。另外，啟動過程中噴水減溫導(dǎo)致管壁金屬溫度劇烈變化也是導(dǎo)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(fā)生在啟動后短時間內(nèi)，可以采取以下防范措施：
    (1)嚴(yán)格控制鍋爐升降負(fù)荷速度，避免啟停頻繁，減小熱沖擊。
    停爐過程中嚴(yán)格按照規(guī)程要求執(zhí)行，嚴(yán)格控制降溫率＜1.5℃/min，停爐后保持悶爐狀態(tài)。當(dāng)空預(yù)器進(jìn)口煙溫降至204℃方可開啟送風(fēng)機(jī)通風(fēng)冷卻，鍋爐泄壓后方可啟動引風(fēng)機(jī)運行。
    啟動時應(yīng)嚴(yán)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(yīng)投大油槍運行，避免汽溫急劇升高。啟動過程中，在60MW負(fù)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(jī)高低旁對系統(tǒng)進(jìn)行大流量低壓沖洗，將已沉積的氧化皮沖走。在啟動和升負(fù)荷期間，注意監(jiān)視管壁溫度變化，發(fā)現(xiàn)異常可以采用快速升降負(fù)荷變壓沖洗。
    (2)建立長效的爐管監(jiān)視體制，運行中加強(qiáng)對汽溫及管壁溫度監(jiān)視和調(diào)整，加強(qiáng)爐膛吹灰降低過再熱器壁溫。加強(qiáng)鍋爐燃燒調(diào)整，減小煙溫偏差，避免局部過熱超溫。
    利用停爐機(jī)會進(jìn)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(nèi)截面方向堵塞程度。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
4、結(jié)語
    在鍋爐點火啟動初期，由于溫升率變化過快、初負(fù)荷投減溫水等原因?qū)е逻^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(fā)生，建議嚴(yán)格控制鍋爐升降負(fù)荷速度，避免啟停頻繁，減小熱沖擊。同時建立長效的爐管監(jiān)視體制，加強(qiáng)對蒸汽和管壁溫度監(jiān)視，防止管壁超溫，減少發(fā)生爆管的機(jī)率。