某600MW机组锅炉高温再热器泄漏原因的分析

某600MW机组锅炉高温再热器泄漏原因的分析

阴峰1王明生2田雨森1

（1中国华电集团有限公司宁夏分公司宁夏银川7500021；2华电宁夏灵武发电有限公司宁夏灵武750499）

摘要：某600MW级火力发电厂高温再热器发生泄漏，通过现场查勘，历史壁温查看，取样检验等方式，分析判断此次泄漏原因为管材品质偏低，机组高负荷时此段管子频繁超超过允许温度，造成长时过热爆管，针对原因给出了预防建议。

关键词：600MW机组；高温再热器；泄漏；诊断分析；建议

0前言

四管泄漏事故是影响火电机组安全经济可靠运行重要原因，国内近20年4万次锅炉炉管破坏事故中，造成电厂事故停机的有86.7％[1]。高温再热器的泄漏原因较多，包括高温蠕变[2]，短时过热[3]，固溶处理不充分[4]，长时过热[5]等多种原因。文章中对某电厂高温再热器的泄漏原因进行了分析，最终确定是由于管材原因导致了泄漏，对同类型机组有较大借鉴意义。

1系统及事件简介

某电厂机组容量为600MW，锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，一次中间再热、四角切圆燃烧方式、单炉膛、尾部双烟道、固态排渣锅炉。高温再热器布置在折焰角上部，与烟气顺流布置，共布置33屏，每屏由18根U型管组成，其中内圈7-18根管材质设计为T23，规格Φ63.5×4mm，其他位置选用T91、TP304H、TP347H材料。锅炉主蒸汽温度设计值为571℃，再热蒸汽温度设计值为569℃。

锅炉自2007年1月投运后，曾多次发生高温再热器管撕裂爆管。2013年大修时更换了高温再热器高温区从炉左到炉右数7-17屏，从外往内数第7到18圈管子，共11屏，将T23材料更换为T91。

此次泄漏发生在启机后一天时间内，泄漏时机组负荷470MW，给水流量1530t/h，主蒸汽温度545℃，主蒸汽压力22.74MPa，泄漏位置为乙侧高温再热器。

2现场检查情况

停炉检查确认泄漏部位为高温再热器炉从左到炉右数第19排最内圈U弯泄漏，共有2个爆口，爆口1为撕裂状爆口，爆口2为吹损爆口，如图1所示，第一爆口泄漏后蒸汽吹扫正对第二爆口，两个爆口在同一圈管子上，第一爆口泄漏后吹损相邻管子，造成第二爆口。第一爆口不完整，部分爆口在爆破过程中飞出，爆口无明显减薄。第二爆口有明显蒸汽吹损痕迹，爆口周围厚度明显减薄，最小1.1mm。

图1爆管现场图

3壁温情况

该厂高温过热器及高温再热器金属壁温按照590℃报警进行调整控制。运行中，超过595℃以上不得连续超过5分钟，严禁600℃以上运行。

机组运行计划指标按照主汽温566℃、再热汽温564℃控制（较设计温度降低5℃运行）。

调取高温再热器蒸汽出口蒸汽温度、金属壁温、机组负荷等曲线图，从不同时间段的温度分析，右侧温度高于左侧，满负荷时，高温再热器金属壁温最大值均超过570℃，虽然没有超过壁温限制值，但是这个温度测点是在炉顶大包内，炉膛内金属壁温推测在600℃左右，对于T23材料已超限。

4取样检验情况

将高再19排最内圈U型管爆口部位管段取样送检，共取样三个，位置分别为U型弯后侧，前侧和爆口向上2米，结果显示：爆管原因为长时过热[2，3，4]。具体检验情况如下：

1）从金相组织看，试样1过热爆口和试样3过热爆口向上2米边缘金相组织为回火贝氏体，组织完全老化，贝氏体花纹不可见，碳化物向晶界聚集成链状，尺寸粗化，内壁氧化皮超过0.56mm。试样2吹损爆口边缘金相组织为回火贝氏体，组织中度老化，可见贝氏体花纹，碳化物向晶界聚集，内壁氧化皮达到0.37mm。

2）化学成分符合ASME-SA213标准中T23要求。

3）拉伸试验结果显示，屈服强度和抗拉强度均低于ASME-SA213对T23标准要求，说明性能严重下降。

5氧化皮检测情况

至本次停机，机组累计运行62750小时，起停95次。上次高温再热器全面检查氧化皮时间是2017年5月，对594个高再出口弯头进行射线检测，发现弯头氧化皮堆积占管内径≤30%，割管两根检查验证，结果可信。2018年小修中，搭设脚手架对高再管屏进行宏观、胀粗检查，抽样割管2根检查，未发现异常。

本次停机第一爆口内壁有氧化皮，外壁氧化皮脱落。

6其他方面情况

1）高再管排出口蠕胀测量情况

第一爆口下部紧邻焊缝，焊缝以下1.5米为U型弯，规格Φ63.5×6mm，爆口以下无胀粗现象。割管检查U型弯，未见氧化皮堆积现象。爆口所在管子内壁氧化皮无明显脱落痕迹。第一爆口以上1米管子存在胀粗现象，最大直径达到66.8mm，胀粗率达到5%，并且管子内壁存在纵向裂纹，有明显老化现象。

2）启机过程水质未发现异常。

3）近期锅炉启停情况正常

锅炉最近一次启机时升温速率符合厂家要求，从点火到并网期间升温速率为0.89℃/min，小于电厂规程内规定的1.5℃/min。

7结论

高温再热器泄漏原因：T23材质长期在接近570℃运行，T23材料存在过热情况，长期过热导致高温再热器局部管材强度降低，产生纵向裂纹爆管。

爆口所在管屏第19排最内圈U型弯，材质为T23，上次大修未更换为T91管材，根据引进技术和ASME的材料标准，T23材料的极限允许使用温度为593℃，实际使用中发现该材料在此温度下运行存在加速老化的问题，目前新建锅炉，制造厂已不再使用T23材料制造高温受热面；另外按关于超临界发电机组锅炉管蒸汽侧氧化皮防治的若干措施的规定：锅炉受热面不宜选用T23管材（对已建使用T23材料的锅炉，其使用区域的管壁温度不应超过570℃，且蒸汽温度不应超过540℃）。该材料在570℃下长期运行存在提前老化失效问题。

现场检查中也发现管子内壁出现纵向裂纹，管子出现明显胀粗。爆口所在管子金相组织完全老化，碳化物在晶界析出呈链状，内壁氧化皮最大为0.58mm，推算壁温当量温度603℃，抗拉强度和屈服强度均低于标准要求，均说明管子存在长时过热特征。

采取措施：

1）大修中更换第1-6、18-33屏，共计22屏的T23管材为T91材质。其中迎风面更换高度在锅炉标高60米（高再T23与T91异种钢接头）左右，背风面更换高度在锅炉标高65.95米左右，彻底解决管材运行温度受限的问题。

2）锅炉停炉检查时，对高温再热器T23管材进行宏观、壁厚测量、蠕胀及氧化皮堆积检查，发现异常及时更换。

3）换管操作时严格控制焊接过程，严禁使用卫生纸对管子进行封堵施焊，用水溶纸按规范塞纸，不能塞的太多，防止堵管风险。焊后按照标准和焊接工艺要求进行焊后热处理，确保焊口质量。

参考文献：

[1]杨红权．600MW超临界机组锅炉高温受热面氧化皮集中剥落原因分析及防治措施[J].神华科技，2009，7（3）：31-33，39．

[2]李银山．大唐鸡西第二热电1#炉高温再热器管泄漏原因分析[J]．民营科技，2017，7，21．

[3]韩波．一起发电厂高温再热器管泄漏事故原因分析[J]．中小企业管理与科技（上旬刊），2014，8，201-202．

[4]魏泉泉，牛玉静．某电厂高温再热器出口TP347H材质管段泄漏原因分析[J]．华电技术，2017，5（39），52-54．

[5]党龙，瞿丽莉，赵广勋等．某1000MW机组锅炉高温再热器泄漏的诊断分析[J]．山东工业技术，2017，21，208-209．

作者简介：

阴峰（1975-），男，山东泰安人，助理工程师，主要从事大型火力发电厂生产技术管理。