鍋爐過熱器管內(nèi)氧化和不受熱管段安全問題

文檔作者：錢鵬文檔來源：華能國際電力開發(fā)公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月10日
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Z
專題討論
電力安全技術(shù)
第10卷(2008年第11期)
 huantitaolun
鍋爐過熱器管內(nèi)氧化
和不受熱管段安全問題
錢鵬
(華能國際電力開發(fā)公司,京000)
筆者收到的鍋爐事故檔案中出現(xiàn)2起過熱器不這2次事故之所以應該重視恰恰是因為它們對規(guī)程
受熱管段過熱爆管事件。
的前提提出了挑戰(zhàn),包括蠕變和氧化在內(nèi)的各方
(1)435MWUP爐(主汽溫568℃)。2004-05面,涉及過熱器、再熱器使用壽命的檢驗工作內(nèi)容。
11,運行人員發(fā)現(xiàn)末級過熱器有1點熱電偶超溫報
警,至13日凌晨檢查發(fā)現(xiàn)爐管泄漏。停機冷卻后檢
查發(fā)現(xiàn)過出口聯(lián)箱T91長管節(jié)爆管,且在管內(nèi)發(fā)
現(xiàn)剝落的氧化皮,見圖1所示。
圖3不受熱管節(jié)熱應力爆管及裂口
1鍋爐披屋內(nèi)過熱器管工作條件
圖1T91長管節(jié)爆管及管內(nèi)的氧化皮
(1)承力狀態(tài)。與爐內(nèi)受熱管相比,鍋爐披屋
(2)600MW機組。2006-11-09因B側(cè)末級過內(nèi)不受熱管承受的內(nèi)壓是相同的,但是由于存在相
熱器聯(lián)箱內(nèi)溫度表庫折斷,堵塞了相應的管段,通對膨脹,承力主要是頂棚管與對流過熱器出口聯(lián)箱
流受阻,造成披屋內(nèi)出口聯(lián)箱T91接入管(中45×間溫度不同引起的膨脹應力。表現(xiàn)為作用在管座上
7.8SA-213TP347H接中45×8SA-213T91)過的附加彎曲應力:=3△d/2h(E-彈性模數(shù)
熱爆管,見圖2
△L-膨脹差;d-管外徑;h-管座至頂棚的距離)。
此力作用在管座上,其值超限時往往形成環(huán)狀裂紋。
(2)工作溫度。與同一根爐內(nèi)受熱管相比,爐
外不受熱管的金屬工作溫度要比爐內(nèi)低,其差值與
受熱管的傳熱狀況有關。根據(jù)壁溫實地測試經(jīng)驗,
其值大致為20~60℃。由于金屬材料的承載能力隨
溫度下降而提高,因此爐外管段的安全裕度通常要
比爐內(nèi)高,這就是金屬監(jiān)督的重點放在爐內(nèi)的原
因,而且突出單管汽(壁)溫較高的那些管段。
(3)氧化條件。無論爐內(nèi)、爐外,管內(nèi)蒸汽是
圖2T91接人管爆管
相同的,但管外環(huán)境中的氧氣濃度(氧氣分壓),爐
以往的經(jīng)驗是,披屋內(nèi)不受熱管節(jié)泄漏、爆管外部分顯然要高于爐內(nèi)受熱部分,有些狀態(tài)下披屋
的起因大都是膨脹熱應力或管座焊接缺陷所致,其內(nèi)還存在潮氣。因此曾有資料披露,過熱器爐外彎
原始裂口常常呈環(huán)狀發(fā)展,如圖3所示。
頭發(fā)生嚴重外壁腐蝕(見圖4),而此時爐內(nèi)管段雖有
從理論上講爐內(nèi)受熱管工作溫度總是高于不受爆破,卻無類似氧化現(xiàn)象。此現(xiàn)象即空氣中的抗氧
熱管段,過熱器蛇形管的薄弱環(huán)節(jié)應在爐內(nèi),因此化性能要低于蒸汽中的抗氧化性能,已被金屬抗氧
金屬監(jiān)督工作與鍋爐檢驗的工作重點,無論是蠕脹化性能試驗所證實可參閱《火力發(fā)電廠金屬材料
測量還是壽命檢測工作目標全在爐內(nèi)受熱管段。而手冊》
第10卷(2008年第11期)
電力安全技術(shù)
專題討論
 .huantitaolun
以圖5(按ASME&amp;amp;PV Code VoL1)為例,
按ASME鍋爐壓力容器規(guī)范第一卷的規(guī)定,對
TP347H管配T91管座的情況,在壁溫580℃下只
要同一單管內(nèi)外溫差大于22℃,其爐外管座的安全
裕度都高于爐內(nèi)受熱管;但壁溫在640℃時,內(nèi)外
溫差需達到35以上才能使爐外管座的安全裕度高
于爐內(nèi),也就是說當內(nèi)外溫差小于35℃時,爐外管
座有可能先于爐內(nèi)爆管。
許用應力(o)
圖4過熱器爐外彎頭外腐蝕
在此,應該指出:①是否氧化或者說氧化嚴
SA21391
重程度與金屬抗氧化性能與工作溫度有關,例如
12Cr1MoV鋼管的氧化溫度為575~585℃,而T9140
和TP347H鋼管的氧化溫度為650~700℃;②所
謂完全抗氧化性是指年氧化深度≤0.1mm,可見不
550570590610630650℃
圖5TP347H和T91管材的許用應力
是不氧化,而是氧化速度較低,如果形成的是沒有
需要說明的是,這里并沒有考慮彎管減薄、附
產(chǎn)生裂紋且致密的FeO4時,將有可能避免進一步加應力等不利因素,完全是從許用應力高低角度進
氧化,起保護作用,③嚴重的是內(nèi)壁氧化皮脫落問行的分析結(jié)果。
題,脫落的氧化皮在汽水通流部分隨機移動,產(chǎn)生
難以處理和控制的安全隱患
3關于當前鍋爐監(jiān)督、金屬監(jiān)督工作調(diào)整的建議
影響氧化皮脫落的因素是工作溫度、氧化層與
根據(jù)上述分析,提出當前鍋爐、金屬監(jiān)督需要
管材的溫差、溫度變化速度和氧化層厚度,有的資調(diào)整的建議。
料認為當氧化層厚度達到0.2mm時,氧化層上部將(1)要關注高溫情況下熱強鋼的氧化問題。有
出現(xiàn)氧化皮脫落。
時材料的抗氧化許用溫度要低于強度性能的許用溫
度。使用能源電[1992]1069號文規(guī)定的《常用受熱
2近期鍋爐過熱器、再熱器工作可靠性的變化
面鋼管最高允許溫度》時,要注意調(diào)整。
(1)以往大部分鍋爐過熱器、再熱器的出口額
(2)要特別關注管內(nèi)表面(蒸汽側(cè))的氧化問題,
定汽溫是540℃,而鍋爐出口蒸汽是由諸多單管出尤其是氧化皮脫落問題。其一是監(jiān)督檢查內(nèi)壁氧化
口蒸汽混合而成的,出口單管最高汽溫必然高于混皮的厚度,并計算其氧化速度;其二是控制壁溫變
合后的平均汽溫。不考慮鍋爐出口汽溫波動,單管化速度,包括停爐時降溫速度的控制。有的鍋爐事
出口最高汽溫一般為560~570℃;但近期投用的故停用中,為減少停用時間、改善勞動條件,對受
600900MW機組,其汽溫已提高到570~590℃,熱面外表進行水沖洗。何種情況下此種做法有副作
相應的單管出口汽溫將達到590~630℃。如果使用用,需要研究。
同類熱強鋼,過熱器、再熱器的工作可靠性或者說
(3)當末級過熱器、再熱器采用奧氏體熱強鋼
安全裕度必然下降
配非奧氏體鋼管節(jié)時,單管運行控制溫度的確定要
(2)目前許多鍋爐在末級過熱器、再熱器上采兼顧兩種鋼的許用溫度,以安全裕度最低管段的許
用奧氏體熱強鋼,大大提高了過熱器、再熱器的安用溫度為控制溫度。
全裕度,減少了過熱爆管的次數(shù);但由于異種鋼焊(4)在爐外披屋內(nèi)過熱器、再熱器單管(包括管
接工藝需要,單管出口段常采用非奧氏體熱強鋼。座的安全裕度低于或接近爐內(nèi)管段時,檢修檢驗工
之
這就使爐內(nèi)受熱管段與爐外不受熱管段之間安全裕作應包括爐外部分,含蠕脹測量與內(nèi)壁氧化層厚度
度的對比分析增加了變動因素。
無損檢驗或檢測。
(收稿日期:2008-03-28)

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