1、前言
據統計，電站鍋爐各種事故約占發電廠事故的63.2%，而受熱面泄漏又占鍋爐事故的86.7%，目前超臨界機組受熱面管內氧化皮大面積集中剝落導致管壁超溫爆管機組停運又是普遍存在的共性問題。該問題已經成為威脅大容量發電機組安全穩定運行的主要隱患。
本文結合國華太倉發電有限公司600MW超臨界機組實際情況，分析鍋爐高溫受熱面管氧化皮集中剝落原因，提出防止氧化皮集中剝落的防治對策。
2設備及爆管情況簡介
2.1設備情況簡介
國華太倉發電有限公司7#、8#爐是由上海鍋爐廠引進美國ALSTOM公司技術生產。鍋爐型號SC-1913/25.4-M950，過熱器出口壓力25.4MPa，過熱器出口溫度571℃。鍋爐型式為超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構Ⅱ型鍋爐、露天布置燃煤鍋爐。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，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。
爐膛寬度18816mm．爐膛深度17697mm．水冷壁下集箱標高為7500mm．爐頂管中心標高為71210mm。爐膛上部布置有分隔屏過熱器和后屏過熱器，水平煙道依次布置高溫再熱器和末級過熱器．尾部煙道布置有低溫再熱器和省煤器。
末級過熱器沿爐膛寬度均布于水平煙道中共82屏，每屏12根管，與煙氣成逆流布置，屏間節距Sl為244mm，同屏內相鄰管節距S2為76.2mm。每片受熱面由12根U型管罔組成，管子規格和材質分別為∮38.lx5.59—9.03mm,SA-213 T23.T91.TP347H.
2.2爆管情況簡介
2007年6月20日19時15分國華太倉公司8#機組搶修后并網．6月22日02時40分鍋爐給水流量異常增大，機組補水量突增100t/h，爐標高65.8m處有明顯泄漏聲．10時05分機組打閘停機。
停機爐內檢查情況發現末級過熱器共有兩處爆口：第一處爆口呈菱形，長度60mm，寬度32mm，端面光滑．破口兩邊呈撕薄撕裂狀，為短期超溫爆口特征；第二處爆口未全部爆開，長度20mm，爆口附近有眾多平行的軸向裂紋，為長期超溫爆口特征。
停機后對末級過熱器熱段上、中、下分3層進行100%脹粗及外觀檢查：末級過熱器熱段出口彎管100%射線檢查氧化皮堆積情況；對末級過熱器管有明顯吹掃痕跡的管排進行測厚檢查。根據檢查結果對爆破管、壁厚吹損超標管、外壁表皮剝落過熱管及彎頭處堆積氧化皮堵塞管共46根進行了更換。
3、爆管原因分析
3.1搶修停爐時強制冷卻
機組停運過程中受熱面管降溫速率計算方法為：通過安裝在爐膛外部的頂棚大罩內測點顯示的單位時間溫度變化計算得到的。機組停運后頂棚大罩內測點顯示的是頂棚內管壁溫度變化速率，由于頂棚內受熱面集箱、管屏較多且相對集中，頂棚內蓄熱量較大，機組停運后散熱量很小，管壁冷卻速度很慢：而爐內受熱面由于受到通風冷卻，管壁溫度變化速率遠遠大于頂棚內管壁溫度變化速率。停機過程中所依據的頂棚內管壁降溫速率雖然未超出技術措施要求，但實際爐內管壁降溫速率已經大大超出技術措施要求（監控系統顯示2008年7月10日機組停運過程中頂棚內管壁溫度降低速率為1.6℃/min．實際爐內管壁溫度降低速率為ll℃/min)，溫度應力使氧化皮拉裂而發生剝落，并在順蒸汽流向出口端下部彎頭處堆積，減少管路流通截面，使管道發生過熱而爆管。
3.2搶修后機組啟動過程中減溫水投用不當
末級過熱器進口集箱采用三通結構，機組啟動過程中為控制末過管壁溫度而投入二級減溫水，此時蒸汽流量較小（約300t/h），在三通效應影響較大的屏區因減溫水霧化不良，較為集中進入個別管排，導致該區域管壁溫度大幅波動，氧化皮集中剝落完全或部分堵塞管內流通面造成爆管或管壁過熱。
圖3、圖4分別為機組啟動期間末級過熱器管壁溫度與減溫水投用對應關系。圖中A側減溫水從13:19:43的14t/h增加到13:20:11的35t/h，導致局部管屏出口壁溫從13:22:10到13:27:06自484.97C下降至354.8℃，共下降130℃，降溫速率為260C/min，降溫速率遠遠大于技術措施中要求的<2.5'C/min。
4、制定氧化皮集中剝落防治措施
4.1制訂完善《防止氧化皮集中剝落的技術措施》，從機組啟動、停運及正常運行過程中做好運行方式調整及參數控制防止氧化皮集中剝落
(l)針對氧化皮剝落特點，明確規定啟動過程各個階段的升溫速率及機組啟動至帶負荷后72h內不同階段主汽溫度控制范圍。
(2)對啟動過程中減溫水投用做了詳細規定，防止因減溫水投用不當造成氧化皮爆管。啟動過程中盡量使用一級減溫水調整主汽溫；80MW負荷以下時，盡量少投用二級減溫水，減少末級過熱器管壁溫度的變化速率；使用減溫水時每次減溫水門的開度變化≤5%．相鄰兩次的操作間隔時間不少于5min，觀察減溫器后的溫度穩定后方可進行下一次的操作，且必須保證減溫器后的溫度有50℃以上的過熱度。
(3)明確機組正常運行過程中吹灰制度、制粉系統運行方式、機組升降負荷時主汽和再熱蒸汽溫度變化速率、高溫受熱面管壁溫度的監視及超溫處理方法。
(4)明確機組停運過程中主汽溫調節方式、主汽和再熱蒸汽溫度變化速率、停機方式、停爐后保養方式
4.2修訂完善《啟動過程中大流量沖洗技術方案》
明確啟動過程中大流量沖洗的控制參數、沖洗方法、注意事項、安全措施，汽機沖轉前利用高、低壓旁路進行受熱面大流量沖洗在啟動初期及時將上次停機過程中滯留在管內的氧化皮排出，防止存留的氧化皮造成管內流通面積減小超溫爆管。
4.3開展技術攻關工作
以安裝測點、燃燒試驗為基礎，查找影響氧化皮剝落因素通過試驗指導運行操作進行設備壽命評估，指導受熱面檢查、檢修、改造工作。
(1)在末級過熱器高溫段加裝6只爐內壁溫測點、增補爐外85只壁溫測點，通過試驗掌握爐內、爐外壁溫實際差值，根據爐內123管允許運行的溫度反推爐外壁溫，將原有主汽報警溫度610℃修正至600℃，從根本上避免了因報警溫度設置不合理．爐內T23管運行中長期超溫，氧化皮非正常產生導致的使用壽命縮短及集中剝落爆管事故。
(2)進行不同的負荷、燃燒模式、機組啟停和變負荷過程等24種工況下燃燒試驗，找出影響末級過熱器左右側吸熱偏差及爐內壁溫、汽溫劇烈波動的因素：通過優化運行方式降低末級過熱器屏間吸熱偏差及爐內管壁溫度，減緩氧化皮的生成，綜合治理因氧化皮剝落而產生的超溫爆管問題。圖5中紅色曲線顯示：優化調整后600MW負荷工況下，末級過熱器屏間吸熱分布趨于均衡，峰值溫度降低5C—l0℃。
(3)研制并應用末級過熱器壁溫在線監測系統。在爐內、爐外壁溫測點24種工況下燃燒試驗取得數據的基礎上，通過壁溫在線系統解決如下關鍵問題：①在線監控危險管屏、危險管子所處的位置爐外壁溫監測值和爐內壁溫計算值，避免發生超溫爆管事故；②定性地區分對壁溫升高影響的特定因素，指導運行人員針對性的進行科學調整，消除管壁超溫；③根據每根管子的壁溫歷史記錄，為氧化皮厚度計算及剩余壽命評估提供必要數據，為設備狀態檢修提供科學依據。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
4.4逢停必檢
利用每次停機機會進行末級過熱器受熱面檢查。先宏觀檢查，對發現有問題部位及在線監測系統提示超溫部位，再針對性地進行硬度、金相試驗；根據停機時間長短相應安排末級過熱器高溫段出口彎頭拍片檢查，對堆積氧化皮的彎頭在進行割管清理及更換處理的同時，注重原因分析和風險評估工作，杜絕事故發生。自2006年6月至2008年10月，已累計進行末級過熱器拍片檢查3784片次，查出停機過程中剝落堵塞的末過管6處，避免了因檢查不到位造成機組啟動后超溫爆管事故。圖6為拍片檢查出末級過熱器出口彎頭堆積氧化皮情況。
5、結束語
國華太倉發電有限公司8號機組自2007年6月發生末級過熱器爆管以來，廣大技術人員依托科研院所及專家對高溫受熱面氧化皮生成、剝落機理進行研究；通過技術攻關，在大量試驗基礎上摸索出影響氧化皮集中剝落的關鍵因素，有針對性制定、執行了一系列檢查、檢驗及運行操作措施，截至2009年4月再未發生氧化皮集中剝落爆管事故，氧化皮問題得到有效控制。
據統計，電站鍋爐各種事故約占發電廠事故的63.2%，而受熱面泄漏又占鍋爐事故的86.7%，目前超臨界機組受熱面管內氧化皮大面積集中剝落導致管壁超溫爆管機組停運又是普遍存在的共性問題。該問題已經成為威脅大容量發電機組安全穩定運行的主要隱患。
本文結合國華太倉發電有限公司600MW超臨界機組實際情況，分析鍋爐高溫受熱面管氧化皮集中剝落原因，提出防止氧化皮集中剝落的防治對策。
2設備及爆管情況簡介
2.1設備情況簡介
國華太倉發電有限公司7#、8#爐是由上海鍋爐廠引進美國ALSTOM公司技術生產。鍋爐型號SC-1913/25.4-M950，過熱器出口壓力25.4MPa，過熱器出口溫度571℃。鍋爐型式為超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構Ⅱ型鍋爐、露天布置燃煤鍋爐。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，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。
爐膛寬度18816mm．爐膛深度17697mm．水冷壁下集箱標高為7500mm．爐頂管中心標高為71210mm。爐膛上部布置有分隔屏過熱器和后屏過熱器，水平煙道依次布置高溫再熱器和末級過熱器．尾部煙道布置有低溫再熱器和省煤器。
末級過熱器沿爐膛寬度均布于水平煙道中共82屏，每屏12根管，與煙氣成逆流布置，屏間節距Sl為244mm，同屏內相鄰管節距S2為76.2mm。每片受熱面由12根U型管罔組成，管子規格和材質分別為∮38.lx5.59—9.03mm,SA-213 T23.T91.TP347H.
2.2爆管情況簡介
2007年6月20日19時15分國華太倉公司8#機組搶修后并網．6月22日02時40分鍋爐給水流量異常增大，機組補水量突增100t/h，爐標高65.8m處有明顯泄漏聲．10時05分機組打閘停機。
停機爐內檢查情況發現末級過熱器共有兩處爆口：第一處爆口呈菱形，長度60mm，寬度32mm，端面光滑．破口兩邊呈撕薄撕裂狀，為短期超溫爆口特征；第二處爆口未全部爆開，長度20mm，爆口附近有眾多平行的軸向裂紋，為長期超溫爆口特征。
停機后對末級過熱器熱段上、中、下分3層進行100%脹粗及外觀檢查：末級過熱器熱段出口彎管100%射線檢查氧化皮堆積情況；對末級過熱器管有明顯吹掃痕跡的管排進行測厚檢查。根據檢查結果對爆破管、壁厚吹損超標管、外壁表皮剝落過熱管及彎頭處堆積氧化皮堵塞管共46根進行了更換。
3、爆管原因分析
3.1搶修停爐時強制冷卻
機組停運過程中受熱面管降溫速率計算方法為：通過安裝在爐膛外部的頂棚大罩內測點顯示的單位時間溫度變化計算得到的。機組停運后頂棚大罩內測點顯示的是頂棚內管壁溫度變化速率，由于頂棚內受熱面集箱、管屏較多且相對集中，頂棚內蓄熱量較大，機組停運后散熱量很小，管壁冷卻速度很慢：而爐內受熱面由于受到通風冷卻，管壁溫度變化速率遠遠大于頂棚內管壁溫度變化速率。停機過程中所依據的頂棚內管壁降溫速率雖然未超出技術措施要求，但實際爐內管壁降溫速率已經大大超出技術措施要求（監控系統顯示2008年7月10日機組停運過程中頂棚內管壁溫度降低速率為1.6℃/min．實際爐內管壁溫度降低速率為ll℃/min)，溫度應力使氧化皮拉裂而發生剝落，并在順蒸汽流向出口端下部彎頭處堆積，減少管路流通截面，使管道發生過熱而爆管。
3.2搶修后機組啟動過程中減溫水投用不當
末級過熱器進口集箱采用三通結構，機組啟動過程中為控制末過管壁溫度而投入二級減溫水，此時蒸汽流量較小（約300t/h），在三通效應影響較大的屏區因減溫水霧化不良，較為集中進入個別管排，導致該區域管壁溫度大幅波動，氧化皮集中剝落完全或部分堵塞管內流通面造成爆管或管壁過熱。
圖3、圖4分別為機組啟動期間末級過熱器管壁溫度與減溫水投用對應關系。圖中A側減溫水從13:19:43的14t/h增加到13:20:11的35t/h，導致局部管屏出口壁溫從13:22:10到13:27:06自484.97C下降至354.8℃，共下降130℃，降溫速率為260C/min，降溫速率遠遠大于技術措施中要求的<2.5'C/min。
4、制定氧化皮集中剝落防治措施
4.1制訂完善《防止氧化皮集中剝落的技術措施》，從機組啟動、停運及正常運行過程中做好運行方式調整及參數控制防止氧化皮集中剝落
(l)針對氧化皮剝落特點，明確規定啟動過程各個階段的升溫速率及機組啟動至帶負荷后72h內不同階段主汽溫度控制范圍。
(2)對啟動過程中減溫水投用做了詳細規定，防止因減溫水投用不當造成氧化皮爆管。啟動過程中盡量使用一級減溫水調整主汽溫；80MW負荷以下時，盡量少投用二級減溫水，減少末級過熱器管壁溫度的變化速率；使用減溫水時每次減溫水門的開度變化≤5%．相鄰兩次的操作間隔時間不少于5min，觀察減溫器后的溫度穩定后方可進行下一次的操作，且必須保證減溫器后的溫度有50℃以上的過熱度。
(3)明確機組正常運行過程中吹灰制度、制粉系統運行方式、機組升降負荷時主汽和再熱蒸汽溫度變化速率、高溫受熱面管壁溫度的監視及超溫處理方法。
(4)明確機組停運過程中主汽溫調節方式、主汽和再熱蒸汽溫度變化速率、停機方式、停爐后保養方式
4.2修訂完善《啟動過程中大流量沖洗技術方案》
明確啟動過程中大流量沖洗的控制參數、沖洗方法、注意事項、安全措施，汽機沖轉前利用高、低壓旁路進行受熱面大流量沖洗在啟動初期及時將上次停機過程中滯留在管內的氧化皮排出，防止存留的氧化皮造成管內流通面積減小超溫爆管。
4.3開展技術攻關工作
以安裝測點、燃燒試驗為基礎，查找影響氧化皮剝落因素通過試驗指導運行操作進行設備壽命評估，指導受熱面檢查、檢修、改造工作。
(1)在末級過熱器高溫段加裝6只爐內壁溫測點、增補爐外85只壁溫測點，通過試驗掌握爐內、爐外壁溫實際差值，根據爐內123管允許運行的溫度反推爐外壁溫，將原有主汽報警溫度610℃修正至600℃，從根本上避免了因報警溫度設置不合理．爐內T23管運行中長期超溫，氧化皮非正常產生導致的使用壽命縮短及集中剝落爆管事故。
(2)進行不同的負荷、燃燒模式、機組啟停和變負荷過程等24種工況下燃燒試驗，找出影響末級過熱器左右側吸熱偏差及爐內壁溫、汽溫劇烈波動的因素：通過優化運行方式降低末級過熱器屏間吸熱偏差及爐內管壁溫度，減緩氧化皮的生成，綜合治理因氧化皮剝落而產生的超溫爆管問題。圖5中紅色曲線顯示：優化調整后600MW負荷工況下，末級過熱器屏間吸熱分布趨于均衡，峰值溫度降低5C—l0℃。
(3)研制并應用末級過熱器壁溫在線監測系統。在爐內、爐外壁溫測點24種工況下燃燒試驗取得數據的基礎上，通過壁溫在線系統解決如下關鍵問題：①在線監控危險管屏、危險管子所處的位置爐外壁溫監測值和爐內壁溫計算值，避免發生超溫爆管事故；②定性地區分對壁溫升高影響的特定因素，指導運行人員針對性的進行科學調整，消除管壁超溫；③根據每根管子的壁溫歷史記錄，為氧化皮厚度計算及剩余壽命評估提供必要數據，為設備狀態檢修提供科學依據。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
4.4逢停必檢
利用每次停機機會進行末級過熱器受熱面檢查。先宏觀檢查，對發現有問題部位及在線監測系統提示超溫部位，再針對性地進行硬度、金相試驗；根據停機時間長短相應安排末級過熱器高溫段出口彎頭拍片檢查，對堆積氧化皮的彎頭在進行割管清理及更換處理的同時，注重原因分析和風險評估工作，杜絕事故發生。自2006年6月至2008年10月，已累計進行末級過熱器拍片檢查3784片次，查出停機過程中剝落堵塞的末過管6處，避免了因檢查不到位造成機組啟動后超溫爆管事故。圖6為拍片檢查出末級過熱器出口彎頭堆積氧化皮情況。
5、結束語
國華太倉發電有限公司8號機組自2007年6月發生末級過熱器爆管以來，廣大技術人員依托科研院所及專家對高溫受熱面氧化皮生成、剝落機理進行研究；通過技術攻關，在大量試驗基礎上摸索出影響氧化皮集中剝落的關鍵因素，有針對性制定、執行了一系列檢查、檢驗及運行操作措施，截至2009年4月再未發生氧化皮集中剝落爆管事故，氧化皮問題得到有效控制。
