超超临界机组高温再热器爆管原因分析.pdf
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1、现 代 制 造 技 术 与 装 备422023 年第 9 期总第 322 期超超临界机组高温再热器爆管原因分析包海斌1郎惠珍2*周江1常青2(1.国能浙江北仑第三发电有限公司,宁波 315040;2.国能锅炉压力容器检验有限公司,北京 102200)摘要:某 1 000 MW 超超临界机组高温再热器受热面发生爆管。为避免再次出现此类事件,要深入分析爆管管件的失效原因。首先对爆口处进行宏观分析,其次选取爆管试样进行硬度检测、壁厚检测、力学性能检测以及金相显微组织形貌观察,最后了解电厂机组的运行情况,比较炉内、外管壁温度差别,分析运行时的管壁温度分布情况。结合上述分析,得出爆管的主要原因为锅炉在高
2、负荷运行时,炉内管子长期处于超温状态运行,导致管子严重老化,塑性降低。爆管的直接原因为管道在高负荷运行条件下,炉内管道最高壁温点的管壁温度超过材料最高使用温度。针对此次爆管,提出合理运行、加强受热面管检验以及对高温再热器管进行更换技改的建议。关键词:超超临界机组;高温再热器;爆管原因Analysis of Tube Burst in High-Temperature Reheater of Ultra-Supercritical UnitBAO Haibin1,LANG Huizhen2*,ZHOU Jiang1,CHANG Qing2(1.Guoneng Zhejiang Beilun Th
3、ird Power Generation Co.,Ltd.,Ningbo 315040;2.Guoneng Boiler and Pressure Vessel Inspection Co.,Ltd.,Beijing 102200)Abstract:A tube burst occurred on the heating surface of the high temperature reheater of a 1 000 MW ultra-supercritical unit.In order to avoid such incidents again,it is necessary to
4、deeply analyze the failure causes of burst pipe fittings.First of all,a macro-analysis was carried out on the bursting point,and then the burst tube samples were selected for hardness detection,thickness measurement,mechanical property detection and metallographic microstructure observation.Finally,
5、the operation of the power plant unit was understood,and the temperature difference between the inside and outside tube walls was compared to analyze the temperature distribution of the tube walls during operation.Combined with the above analysis,it is concluded that the main reason of tube explosio
6、n is that the tubes in the boiler run at high load for a long time in the overtemperature state,which leads to serious aging of the tubes and the reduction of plasticity.The direct cause of tube explosion is that the tube wall temperature at the highest wall temperature point of the tube in the furn
7、ace exceeds the maximum use temperature of the material under the high load operation condition.In view of the explosion of the tube,the suggestions of reasonable operation,strengthening the inspection of the heating surface tube and technical reform of the high temperature reheater tube are put for
8、ward.Keywords:ultra-supercritical unit;high temperature reheater;the cause of tube explosion近年来,随着经济的发展,人们的生活水平不断提高,社会对电能的需求也越来越大。在我国,煤炭清洁高效燃烧利用被提上日程,未来煤炭资源的发展方向必然是洁净煤技术1-2。为了满足社会发展对电能的需求,同时顺应国家煤炭清洁高效燃烧利用的趋势,火力发电厂往往选择提升机组的装机容量和运行负荷。超超临界机组具有良好的运行灵活性和负荷适应性,能够降低发电成本、减少污染物排放,在火力发电厂得到了广泛应用3。机组负荷的增加提高了管道的
9、服役温度,导致管道长期处于高温、高压的运行状态,进而出现不同程度的损伤。随着机组运行负荷的增加,高温再热器管的运行温度不断提高,加速了管道老化,容易引发爆管泄漏事故,严重影响机组的安全运行。DMV304HCu 耐热不锈钢具有较高的许用应力、较强的组织稳定性和抗高温氧化性能,广泛用于制造金属壁温不超过 700 的超超临界锅炉的过热器和再热器管。但是,在长期服役过程中,DMV304HCu 过热器和再热器管可能因短时过热和长时过热发生爆管。为保证超超临界机组的平稳运行,降低高温再热器管爆管泄漏的概率,要深入分析高温受热器管失效的原因,并调整运行管理策略。1事件概况某发电厂 6 号 1 000 MW
10、超超临界燃煤机组的锅炉本体为超超临界变压运行本生直流锅炉。此锅炉为 型锅炉、单炉膛,燃煤锅炉半露天布置,采用全钢构架和全悬吊结构,使用前后墙对冲燃烧方式,一次再热、平衡通风、固态排渣。高温再热器受热面的材质为 DMV304HCu,规格为57 mm3.5 mm,最高使用温度为 664。机组于 2008 年投产运行,启停共计 48 次,累计运行时间约 10.14 万 h。2022 年*通信作者:郎惠珍。设 计 与 研 究4310 月,高温再热器受热面发生爆管,爆管位置为 36 屏第 17 根管道。为分析爆管原因,对 36 屏第 17 根包含爆口的上侧管段和断裂后的下侧管段以及吹损泄漏位置进行割管,
11、从宏观形貌、金相组织、硬度、化学成分、厚度、力学性能、扫描电镜和能谱方面进行检测与 分析。2失效分析2.1宏观形貌分析高温再热器爆管、吹损泄漏处的宏观形貌及分析取样位置标识,如图 1 所示。上侧断口割管的爆口较大,呈喇叭口状,为脆性断口,属于典型的由短时过热引起的爆口,但是爆口边缘减薄不明显4。断裂后的下侧管段与爆口之间有部分管段缺失。在上侧管段和下侧管段中选取 3 份试样,编号为#1、#2 和#3。在吹损泄漏位置选取未发生变形的部位制备对比试样,编号为#4。爆口吹损减薄#1 试样#2 试样#3 试样 (a)上侧管段 (b)下侧管段吹损泄漏#4 试样(c)吹损泄漏部位图 1断口宏观形貌及取样分
12、析位置2.2光谱检测通过检测和分析管道的化学成分,检验管道材料是否符合条件,检测结果如表 1 所示。根据检测结果,管道的主要元素成分符合高压锅炉用无缝钢管 (GB/T 53102017/XG12019)中的化学成分要求,样管材质未见异常。表 1主要化学成分的质量分数 单位:%化学成分检测值标准值Mn 1.0000.718Si 0.300Cr17.000 19.00018.320Ni7.500 10.5009.340Nb0.300 0.6000.492Cu2.500 3.5003.0022.3壁厚与硬度检测通过测量#3 试样、#4 试样截面的壁厚,分析管段的壁厚减薄情况。检测结果显示,#3 试样
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