#2炉分隔屏过热器爆管原因分析及对策

      7月2日20：22平电公司#2炉分隔屏过热器发生严重爆管，巨大泄漏声震整个锅炉，炉外几十米处听到刺耳声，当时机组负荷560MW。21：00机组降负荷，22：19机组解列， 4日8：30炉内脚手架搭设并具备检修， 5日16：08检修完工，6日4：31机组并网，机组停运时间78.2小时，停炉准备时间34.18小时，抢修时间31.63小时，启动时间12.39小时。
     1　现场检查及检修情况
（1）爆管位置：分隔屏#4屏前组件出口段#2根，EL：55.6m焊口上50mm处，距屏底2.1m。
（2）相邻受热面情况：爆管泄漏的蒸汽对邻近的管壁有吹损，蒸汽在高温烟气中对区域内管外壁有腐蚀，但皆较轻。爆漏的#2根由于受较大的蒸汽冲力而变形，将#3环下弯头挤扁。相邻的#3、#4、#5、#6根管外壁有过热氧化现象，在较高处有明显的氧化皮。较为严重的是在其对面后组件出口段#2、#3、#4、#5、#6根在较高处严重变形，其变形是由过热引起，且管外壁已有较厚的氧化皮。前组件流体冷却间隔管前端部与垫块错位相磨碰，管壁磨损达2mm。
（3）现场处理：更换爆漏的#2根下弯头和8米长的上升段，共4道焊缝；更换挤扁的#3环弯头。
     2　爆管管样

管材：12Cr1MoV，规格：Ф57×9。
爆口：棱形，对角120×51，爆口边缘厚2mm，内外壁有氧化皮生成。在爆口上方100mm内，管子胀粗成Ф61，胀粗率6.56%，管壁硬度119HB；距爆口100～200mm内，管子胀粗成Ф59，，胀粗率3.5%，管壁硬度109HB，在爆口下方30mm内，管子胀粗成Ф60.5，胀粗率6.14%。爆口处硬度116HB，爆口侧面和背面硬度112/98HB。
      在爆口上方1.5和下方0.4米范围内管外壁存在大量纵向裂纹，管壁氧化皮较厚。爆口处由于受泄漏蒸汽很大反作用力，此处已变形成近90°弯管，并使爆口扩大，爆口处边缘管壁拉薄和撕裂。
     3　分隔过热器结构介绍

   进口三通分隔屏过热器结构示图

      分隔屏过热器位于上炉膛，在前墙水冷壁和后屏过热器之间，沿炉膛宽度方向分6大屏，并以2286、3048的横向节距将上炉膛分隔。每大屏分成并联的前组件和后组件二部分，管径为ф57，前组件外环为ф60，每组件有31根管。由于分隔屏左右进出口联箱在大包箱内是纵向布置，而炉内管屏是横向布置，因此管子走向较为复杂，交叉布置全在炉顶大包箱中，这种布置方式是CE 公司的专利。
       进口联箱比出口联箱长近一倍，前半部分分三路组成三个大屏前组件，后半部分同样分三路组成三个大屏后组件，前后组件介质流向成对流方式。进口联箱由于较长，在三通部位和延伸段无开孔引出管；而出口联箱较短，整个联箱包括三通在三个方向都有开孔引入管。在出口联箱三通处前后组件最外环8根管皆接入此三通，这8根管全为前后组件出口段最外环。
     4　爆管原因分析
       根据爆管管样在2米范围内出现相差不大的硬度、胀粗率、内外表面氧化皮，此管段存在长期过热，且长期过热度较大；从爆口的形状象是短期过热，但其爆口受弯曲拉伸，使诊状趋向于短期过热。其实主要因素是长期过热，其次为短期过热。其原因如下：
（1）存在同屏热偏差
     所谓同屏热偏差是在同屏并联各环路中，由于系统结构的原因，使得各自阻力的变化并引起并联各环路流量的变化。流量偏小的环路，介质吸热量小，管壁温度升高。当管壁温度超过材料的许用温度时，管内壁出现氧化、生成氧化皮，氧化皮热阻大，进一步促使管壁温度上升，并在其外壁生成氧化皮，此时在氧化皮下管壁将产生裂纹，外壁氧化皮一旦脱落，管壁过热更快，管壁强度下降、裂纹扩张而爆管。
      本次爆管是在锅炉负荷560MW时发生的，此时锅炉各受热面热负荷处于设计较佳工况，燃烧热偏差和减温水量较小。#4屏处于上炉膛左侧，正常运行处于热偏差偏低处，不应出现管屏过热现象，抢修时将联箱封头割除，也没有发现有异物堵塞，短期超温也不应发生。
在2002年10月U207C检修中，对分隔屏过热器分三层检查，发现问题以下问题：
1）、#3～#6屏上部管子外壁普遍存在微胀粗现象，#3～#4屏管过热现象较严重，其中#3屏过热最严重。
2）、#1～#6屏自夹管变形，各屏后组件前几根都有变形出排现象。
3）、处理方案：换#3屏后组件第一根；其它作记录缺陷。
建议对分隔屏共6屏最上一层作快速诊断寿命分析，以便确定下次大修换管方案。
由中试所对上述问题进行诊断，#3～#6屏上部管子外壁普遍存在微胀粗现象是管子制造缺陷，不是胀粗；所进行的氧化皮测厚寿命分析，没有发现有短期寿命管，存在的问题是各屏后组件前几根都有变形出排现象。
       2002年06月12日18:00，#1炉分隔屏过热器№3排前组件前数№6根出口段，在EL68000处发生爆管，爆管性质和本次#2炉#4屏前组件出口段#2根爆管相同，爆管在前组件出口段最外环8根范围内；而管子变形也集中在前后组件出口段最外环8根范围内，这二个8根管却引入到出口联箱三通上。这二个8根管与其它管不同之处是接入出口三通处，而三通的结构与直联箱有较大的区别。
      可见，三通结构的因素是引起在此范围内的受热面管子阻力改变，阻力的变化引起管内流量的变化，最后产生同屏热偏差而使管子过热。
（2）三通效应
      大容量电站锅炉过热器和再热器采用T型三通从联箱径向引入或引出的布置方式，造成因三通附近的蒸汽流中存在涡流区，使得该区域的管屏中的流量偏小，如果这部分管屏的烟气侧热负荷也较高，就很容易发生超温爆管。近年来在国内许多300WM以上锅炉发生此类事故。有些厂采用节流孔圈再分配流量，结果反而更严重。过去，锅炉行业还没认识此问题，而现在新建的锅炉已不允许在三通上开孔引管。
      三通效应在高负荷大流量的情况下表现明显，对受热面管子流量影响很大，出现短期过热现象；而在偏移高负荷时，影响较小，表现为管子长期过热。
      三通效应就是平电公司分隔屏过热器超温爆管的根本原因，而这种影响在其它的受热面也存在。
注：关于"三通效应"的原理，这里不再解释。
     5　下一步对策
     平电公司#1、#2炉分隔屏过热器在出口三通区域2×8根已不同程度受"三通效应"的作用而过热损伤，目前机组运行尚无办法，只有结合机组检修处理。
（1）利用停炉机会对此受热面彻底检查，找出损伤的管子，局部更换。
（2）大、小修时将此管段更换。
（3）与锅炉厂合作，将三通区域的管子移位。
（4）密切注意其它受热面在三通区域内的状态，锅检中列入重点检验项目。
（5）调研其它单位的处理方法，寻找更合适的方法。