林琦
浙江省特种设备科学研究院， 浙江 杭州 310020
摘要：某６００ＭＷ燃煤电厂锅炉内高温过热器管子多次发生爆管，采用宏观观察、化学成分分析、力学性能试验、金相检验和微观分析等方法分析了其爆管原因。结果表明：该高温过热器管子长期超温运行，在管子内壁形成了氧化层，氧化层在管子下弯头处沉积使得管子蒸汽流量减少，因此管子受热面温度急剧升高，管子瞬时过热最终发生爆管。
关键词：锅炉；高温；过热器爆管；检验工作
引言：由于锅炉高温过热器爆管频发，把高温过热器出口管与出口集箱连接的对接焊缝、集箱管座角接焊缝以及临近集箱的过热器出口管弯头作为检验重点，针对超温现象，对管子的材质进行侧重分析，另外应用常规检验方法进一步确认高温过热器管排的安全性。
一、过热器的概念
（一）基本概念
过热器（superheater)是锅炉中将蒸汽从饱和温度进一步加热至过热温度的部件，又称蒸汽过热器。过热器按传热方式可分为对流式、辐射式和半辐射式；按结构特点可分为蛇形管式、屏式、墙式和包墙式。它们都由若干根并联管子和进出口集箱组成。
大部分工业锅炉不装设过热器，因为许多工业生产流程和生活设施只需要饱和蒸汽。在电站、机车和船用锅炉中，为了提高整个蒸汽动力装置的循环热效率，一般都装有过热器[1]。
（二）类型和特点
管子的外径一般为30～60毫米。对流式过热器最为常用，采用蛇形管式。它具有比较密集的管组，布置在450～1000℃烟气温度的烟道中，受烟气的横向和纵向冲刷。烟气主要以对流的方式将热量传递给管子，也有一部分辐射吸热量。屏式过热器由多片管屏组成，布置在炉膛内上部或出口处，属于辐射或半辐射式过热器。前者吸收炉膛火焰的辐射热，后者还吸收一部分对流热量。在10兆帕以上的电站锅炉中，一般都兼用屏式和蛇形管式两种过热器，以增加吸热量。敷在炉膛内壁上的墙式过热器为辐射式过热器，较少采用。包墙式过热器用在大容量的电站锅炉中构成炉顶和对流烟道的壁面，外面敷以绝热材料组成轻型炉墙。图为几种过热器的布置。装有过热器的小容量工业锅炉一般只用单级管组的对流式过热器即能满足要求。
二、检验工作
（一）宏观检查
高温过热器整体管排有挂灰、结焦现象,右半部分结焦问题突出。管卡、固定卡烧损严重,部分防磨瓦变形、移位、脱落,损坏的防磨瓦部位结焦现象尤为明显。6层平台处高温过热器右数第3至11排管子均有不同程度变形,变形量接近一个管径[2]。
对6层平台人孔下边缘向上1.5m处进行胀粗抽查,实测右数第6、7、8、9、11排管径在43.10mm至43.52mm范围内,超过公称直径的2.5%,胀粗量超标。
（二）壁厚测量
对迎风面、防磨瓦移位处、烟气走廊、炉顶涌风等易磨损部位管子重点测厚。所测壁厚中,炉顶漏风处5根管子减薄最严重,最薄处2.6mm，其它部位壁厚在4.6~4.9mm之间。炉顶上部非受火管子规格为42×5mm,材质为12Cr1MoVG。
（三）无损检测
对外侧两排高温过热器出口管与出口集箱连接的对接焊缝、集箱管座的角焊缝、外侧两排临近集箱的过热器出口管弯头外弧面均进行了表面无损检测。在右数6、11、12、19排集箱管座角焊缝处发现了表面裂纹,经过初步打磨处理后复探,裂纹消除。
（四）金相检测
对左数19排外1、右数10排外4的高温过热器出口管子割管进行金相分析,其金相组织均为珠光体球化5级[3]。
（五）力学性能分析
对割管的左数19排外1、右数10排外4的高温过热器出口管子进行力学性能测定,两根管子的抗拉强度均不符合标准要求,同时也不在《火电厂用12Cr1MoV钢球化评级标准》(DL/T773-2001)附录D“12Cr1MoV钢常温抗拉强度与球化级别经验公式”图表范围内，低于经验公式o——28.13E+608.04=467.39MPa的计算平均值。
三、主要检验问题
高温过热器出口集箱处支吊架受力设计不合理;高温过热器有超温运行现象，整体超温现象不严重;管排有挂灰、结焦现象,右半部分问题突出;6层平台处高温过热器右数第3至11排管子均有不同程度变形,变形量接近一个管径;右数第6、7、8、9、11排实测管径胀粗量超标;炉顶漏风处5根管子受吹损减薄严重;右数6、11、12、19排高温过热器出口集箱管座角焊缝发现了表面裂纹,经过处理后复探,裂纹消除;对左数19排外1、右数10排外4的高温过热器出口管子进行割管抽查,金相组织均为珠光体球化5级;力学性能分析,上述两处割管的管子抗拉强度均超标[4]。
四、爆管原因
由宏观观察可知，爆管的爆口呈现明显的瞬时过热开裂特征。力学性能试验结果表明：①相邻管经２×１０４ｈ运行后，室温和高温强度均明显下降，但未低于标准值，这表明一方面管子发生了明显的材料老化现象，另一方面管子强度尚满足设计要求，当蒸汽流量等参数正常时不至于发生爆管；②爆管的室温和高温强度比备管的高，结合爆管的显微组织及爆裂过程，推测管子爆裂前管内蒸汽流量异常降低致使管子发生了过热或过烧现象，最终导致管子瞬时过热而爆管。
五、具体处理方法
经公司外协设计单位、电科院对过热器出口集箱及其连接管子进行全面分析,确定对出口集箱的支吊架原有的均匀分布受力进行改造,并更换检验中烟风吹损部位减薄的管子及表面无损检测发现裂纹的管座，以及其它可疑管子、管座，炉外管子、管座由原来币42×5mm改为币42×5.5mm，确保频发事故部位的高过管安全运行。
鉴于厂区一年后要搬迁,锅炉再安全运行一年即可停运,针对检验过程中发现的管排缺陷问题会同电科院进行了深入分析,最终确定对右侧1至12排高温过热器低温段管子进行更换,一并检修整体管排管卡、固定卡、防磨板;恢复炉顶密封结构,确保严密不漏风;运行期间不超温[5]。
六、结束语
综上所述，协同电科院等专业机构,对发现的缺陷进行分析给出结论,是检验大型电厂锅炉的有效方法。从上述的各分项检验结果看,各个检验项目均有其连贯性且互相印证。各种检验方法合理配合,可提高缺陷的检出率、可合理分析产生缺陷的原因。通过常规检验方法可对数次发生事故的部件的整体状况给出结论，同时论证了检验方法的有效性。
参考文献：
[1]王明庭.锅炉高温过热器数次爆管后的检验[J].中国特种设备安全,2013(7):65-66.
[2]Hu Binbin,胡斌斌.高温过热器爆管分析和寿命评估[C]//第五届中西部地区理化检验学术年会暨实验室主任经验交流会.中国机械工程学会;湖北省机械工程学会理化检验专业委员会,2014（14）：00046-00047.
[3]赵林松,赵彦芬,张路.某电厂锅炉高温过热器爆管原因分析[J].理化检验(物理分册),2019,v.55(03):74-77.
[4]陈顺.一起锅炉高温过热器爆管事故的原因分析[J].江苏安全生产,2011,000(007):42-42.
[5]郑准备,刘宝建,程鹏翔.200t/h锅炉高温过热器爆管原因分析[J].陕西电力,2014,32(1):66-68.