平电公司防止超临界锅炉受热面管内壁氧化皮剥离堵管的技术措施 平圩发电有限责任公司技术部金万里手机 13505545089系统电话 956512856 一 概况据资料显示 如今大容量机组的奥氏体不锈钢管氧化皮剥落造成管道堵塞爆管 主汽门卡塞和汽轮机部件侵蚀的问题 是一个世界公认的普遍性问题 随着机组参数向超临界甚至超超临界参数发展 此类问题更为突出 近年 我国火力发电陆续投产了多台超临界 超超临界参数机组 同样发生了类似问题 目前随着机组服役期的延长和越来越多的机组承担调峰运行 有的机组仅试运行不久就出现该种情况 对此平电公司非常重视平电二期的2台600MW 超临界机组锅炉受热面管氧化皮剥落的堵塞爆管问题 在 炉的检修中制定周密的检测和预防技术措施 对其受热面管进行全面检查 发现多根不锈钢管内部氧化物堆积堵满管径 消除了重大隐患 保障了锅炉安全运行 也给同类电厂提供良好的借鉴 平电公司二期的 3机组系超临界600MW机组 其锅炉为哈尔滨锅炉厂制造的HG 1970 25 4 YM7型锅炉 主要参数 高温过热蒸汽温度571 44 5 7 5 屏式过热蒸汽温度538 3 38 6 6 高温再热蒸汽温度569 51 4 管材大多是TP347 按照正常运行时时的温度计算 锅炉的高温过热器钢管实际温度应为571 50 621 屏式过热器钢管实际温度应为538 50 588 高温再热器钢管实际温度应为569 50 619 经研究奥氏体不锈钢使用特性是蒸汽温度在538 以下 锅炉不锈钢管料一般不产生氧化皮及剥落的问题 而蒸汽温度在566 以上时就会发生所生成的氧化皮剥落事故 且其氧化物高峰期在10000 15000小时左右 所以平电公司 3锅炉至2009年1月检修时累积运行时间13725小时 应该说已经到了氧化物生成的高峰期 故在本次检修中采用了多种方法 成功地检测出锅炉受热面管不锈钢管多处内部氧化物的堆积堵管状况 停炉前查阅运行超温记录 检查概率很小 割管抽查 检查概率很小 费用大 利用射线透视抽检 检查概率很小 费用大 利用高科技不锈钢管氧化物堆积检测的专用检查仪器 能够快速 全面检查且费用小 停炉前我们就查阅 3锅炉运行壁温记录 发现在08年的前5个月末过出口16屏 根管壁温始终比相邻管壁温度偏高30 停炉后对其超温管壁进行逐个外观检查 发现高温过热器第 屏 根管壁外观颜色与其他管道外观颜色明显不同 有过热的倾向 决定对其割管抽查 并用内窥镜观察 发现了该管段已产生了氧化皮剥落的堆积现象 见照片 由于割管抽查费工 费时 费钱 不可能太多 概率太小 不能掌握高温受热面管内壁氧化皮脱落堆积情况 故安排采用射线透视对高温过热器 屏式过热器 高温再热器下部弯头各抽检 只 做进一步探索 结果通过90张射线透视底片观察未有发现其内壁氧化皮脱落堆积现象 综合对外观 割管 射线检查分析 都仅仅是抽查 抽中的几率还是微乎其微 不可靠 不能全面掌握高温受热面管内壁氧化皮脱落堆积情况 况且本次锅炉停炉时保养时间不够 炉管弯头积水让射线透视更加无法分辩 所以我们根据剥落的金属氧化物主要成分是铁磁性氧化铁Fe3O4构成的性质 利用电磁效应原理 开发出高科技不锈钢管内氧化物堆积检测的专用仪器 可以快速 灵敏 准确地检测且费用其他方法都低 仅用2天时间就对 3炉不锈钢弯头进行了全部检查 总共检查 00只 发现不锈钢管内部氧化物堆积信号值在1500以上的有56只 大多堵管 割出三只弯头验证即NO 15 1 NO 16 1 NO 26 6弯头 其氧化物重量份别是62克 56克 30克 基本堵满管径 见照片 抽5根弯头拍片记录堵管影像 都显示全部堵管 见底片 其他割管用吸尘器吸取后分别记录 都在30克以上 其中有 0只达80克以上 10只达100克以上 最多120克 把管径塞得严严实实 56只弯头中总计取出 5 克氧化堆积物 信号值在1000至1500的有130只 500至1000的有360只 其他在500以内都作为记录 以备后查 3炉高过不锈钢弯头检查图 夹持管弯头 夹持管弯头 下弯头 下弯头 3炉屏过不锈钢弯头检查图 下弯头 下弯头 夹持管弯头 夹持管弯头 3炉高再不锈钢弯头检查图 3炉高过NO 16 1弯头堆积氧化物重量62克 堵满管径的影象 3炉高过NO 18 2弯头堆积氧化物重量82克 堵满管径的影象 三 锅炉高温受热面奥氏体不锈钢产生氧化物的原因从热力学角度来讲 锅炉管内壁产生蒸汽氧化现象是必然的 因为铁与水反应 生成Fe OH 2 饱和后 在一定温度范围转化为Fe3O4在表面形成Fe3O4 氧化膜 并随同有氢析出 一般来说金属温度对氧化速度的影响最大 而蒸汽压力的影响相对较小 且温度对于不同钢种蒸汽氧化速度的影响方向和程度也不尽相同 在长期高温运行过程中 奥氏体不锈钢过热器和再热器管子内壁在高温蒸汽的作用下会不断氧化而形成连续的氧化皮 由于氧化皮的膨胀系数0 9 10 5与奥氏体不锈钢基体金属的线膨胀系数 2 1 10 5相比差别很大 温度变化时二者的热胀冷缩变形很不协调就会引起氧化皮破裂并从金属表面剥离 因此在机组启停或温度急剧变化时就更易引起管内氧化皮大面积剥落堵塞管子 当然 不同管子子受锅炉热偏差影响其内壁氧化皮剥落堆积程度也出现较大的差别 据资料统计分析 亚临界机组正常温度运行 541 氧化物高峰期应在35000小时左右就会出现脱落堵塞管道 国内机组高峰期最早的在33000小时左右 超临界机组正常温度运行 571 氧化物高峰期应在15000小时左右就会出现脱落堵塞管道 国内机组高峰期最早的在3100小时左右 且温度越高 高温氧化就会加速 氧化高峰期来的越早温度越高 高温氧化越快 容易造成氧化物运行中大面积快速脱落 堵塞爆管 四 氧化物在钢管内剥离堆积堵塞的形式及风险 1 根据氧化皮堆积的专用仪器对 3炉高温受热面检测 针对发现有氧化皮剥落堆积信号的管道及弯头射线透视拍片观察 清楚地看到剥落的氧化皮一般堆积在下弯头 且汽流出口侧弯头处堆积量大于进口侧 有焊缝及节流孔处也存在部分氧化皮堆积 产生氧化皮的主要原因是高温氧化 其它原因 锅炉运行时间长短 水质 运行习惯 锅炉构造及其管子直径 弯头的弯曲半径 管排的几何形状 氧化皮的形状 以及锅炉高温受热面管进出口压力差等影响 造成氧化皮管径堆积形式的影响因素有 管内的水动力特性 氧化皮的大小和形状 强度 韧性 管子内径和外形 管子收缩和不完整过度的存在 流程的几何特性 摩擦系数 其主要因素是介质压力 流速低的影响 平电公司 3炉高温过热器自夹管弯头氧化皮堆积量最大 有10只堵塞 都在100克以上 就是因为自夹管环绕管屏弯头多使得流速低而大量堆积 经实际试验 对于 44 5 7 5mm的钢管 15g氧化物堆积 就堵塞管径1 2 30g足以堵塞弯头引起爆管 一般氧化皮堆积堵塞管径小于1 3不会引起爆管风险 但需要记录跟踪检测 堵塞管径达到1 2就会引起管道过热 氧化速度加快 形成一种恶性循环 长时间有爆管风险 需要割管清理 当堵塞管径大于1 2乃至整个管径 就会引起管道短期过热爆管 甚至在锅炉启动时就会爆管 当然需要割管清理 3炉高过夹持管弯头NO 14 2堆积氧化物堵满管径的影象 五 氧化皮的产生和剥离对机组运行的危害1 氧化皮的产生会影响金属换热效果 影响机组运行的经济性 2 氧化皮剥离会造成受热面超温爆管 3 氧化皮的产生容易使主汽门卡涩 造成机组停机 主汽门无法关闭 威胁着机组的安全运行 并容易堵塞细小管道 疏水阀门 逆止门等 使系统产生内在的潜在隐患 流动蒸汽带出的氧化皮对汽轮机部件产生固体颗粒侵蚀 造成汽轮机喷嘴和叶片侵蚀损坏并污染水汽品质使汽水中铁含量增加 造成锅炉受热面沉积速率增加 六 平电公司控制 3锅炉受热面管内壁氧化皮剥落堆积的技术措施1 增加了温度测点 加强温度监督 要求高温过热器出口蒸汽温度不超571 屏式过热器出口温度不超过535 高温再热器出口蒸汽温度不超过569 严禁锅炉超温运行 2 加强受热面的热偏差监视和调整 防止受热面局部长期超温运行 3 尽可能减少启停次数 频度 减缓升温和降温速率 停炉时 应采用闷炉处理 约72小时 不得强制冷却 以防止氧化皮脱落 机组启动期间应进行受热面吹扫及汽水品质监测 机组启动结束 维持机组一段时间相对较大负荷稳定运行 以尽快带走过热器管内残存的氧化皮 6 在检修期间 应采用氧化皮检测仪对高温受热面管进行氧化皮堆积检测和清理 平电公司通过对 3炉受热面管氧化皮剥落堆积的检测和分析 更进一步地提高了对不锈钢管表面氧化皮问题的认识和重视 落实有效地控制氧化皮剥落堵塞爆管的技术措施 使得 3炉一次成功启动并安全平稳地运行 为我国超临界机组防治氧化皮剥落堵塞爆管提供了很好的借鉴 谢谢 我们拥有高科技不锈钢弯头氧化物堆积检查专用仪器 并具有丰富的检测技术经验 检查快速 灵敏准确且费用较低 如贵单位有上述情况 请联系我们共同合作 为消除锅炉隐患 保障机组稳定运行做出我们应有的贡献 联系单位 平圩发电有限责任公司联系人 金万里手机 13505545089系统电话 9565128562009年5月7日 典型事故案例据不完全统计 国内目前已有二十多家电厂相继出现了氧化皮剥落所导致的爆管 汽室部件严重磨损等事故 出现问题的管子既有奥氏体不锈钢管 也有铁素体类低合金钢管 但18 8系列粗晶奥氏体不锈钢管最为突出 1 姚孟电厂 5锅炉为东方锅炉 集团 生产的超临界参数直流炉 累计运行9995小时利用新开发的高科技不锈钢管氧化物堆积检测的专用仪器检查发现多处堵满管径 第20排第1根后弯 透视 割管 氧化皮重110克 第19排第1根后弯 透视 割管 氧化皮重85 8克 NO 23 1后弯 透视 割管 氧化皮重79 1克 第16排第1根后弯 透视 割管 氧化皮重102 3克 第20排第1根后弯 透视 割管 氧化皮重110克 上海石洞口二厂氧化皮奥氏体不锈钢内壁氧化皮及其剥落形貌 2 华能伊敏电厂锅炉型号为 1650 25 545 型500MW机组的超临界直流炉 额定容量1650T H 主蒸汽压力25MPa 主蒸汽温度545 再热器出口压力3 92Mpa 再热器出口温度545 2004年10月1 锅炉累计运行30703小时的检修过程中 发现大面积氧化皮堵塞现象 电厂采取吹管处理 共计吹出氧化皮大约680公斤后 还有大量的管子堵塞 经检测割管400余弯头 单根弯头内取出氧化物量达到2800g 1 炉属于典型的超温大面积爆发 伊敏电厂 2炉堆积氧化皮形貌 伊敏电厂 1炉再热器管内堆积氧化皮形貌 华能沁北2006年4月在1 炉600MW超临界机组在运行过程中爆管 转入检修 检修中发现高温过热器 屏式高温过热器发生大面积氧化皮堵塞现象 高温过热器抽检3屏60根管子 有17根管子堵塞 敲管后全部堵塞 高温过热器全部割管处理 屏式高温过热器敲管后全部割管处理 高温再热器内氧化物不影响管子安全运行未处理 启动先后消缺停机两次 第三次启动时爆管 经检测又有100余根管子堵塞 1 炉属于典型的超温大面积爆发 国华绥中1 2 机组系俄罗斯800MW超临界机组 主蒸汽设计温度540 都出现氧化物堵塞过热器管事件 大唐湘潭电厂4 600MW超临界机组2006年底投运 2007年7月在运行中爆管 累计运行3300小时 检测发现还有几根管子内有氧化物堆积堵塞弯头 氧化物呈胶质状 当时要求检修人员将氧化物取出后用高压水冲洗 检修人员没有执行这些措施 致使机组启动后90小时这根管子爆管 经再次对高温过热器全面检测 没有发现有危害机组安全运行的氧化物堆积 机组正常启动