機(jī)組正常運(yùn)行防止氧化皮脫落控制措施課件

鍋爐高溫受熱面

氧化皮脫落綜合治理探討

大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司

二○一五年八月鍋爐高溫受熱面

氧化皮脫落綜合治理探討

大唐三門峽發(fā)電有限前言

大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司#3、4機(jī)組從2010年9月至今，共計(jì)發(fā)生三次因鍋爐受熱面氧化皮脫落導(dǎo)致鍋爐爆管，奧氏體不銹鋼氧化皮問(wèn)題已日益突出，嚴(yán)重影響機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。問(wèn)題發(fā)生后，我們與電科院將此問(wèn)題作為雙方的共同重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，成立了聯(lián)合攻關(guān)小組，會(huì)同電科院專家對(duì)國(guó)內(nèi)一些電廠的類似情況進(jìn)行調(diào)研。根據(jù)氧化皮生成、脫落原因制定了機(jī)組啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)及檢修期間檢測(cè)清理等預(yù)防控制措施。以尋求氧化皮快速生長(zhǎng)和大面積脫落的原因，從而有效減少因氧化皮脫落堵管引起的鍋爐爆管泄漏事故。前言1、設(shè)備概述

大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司2×630WM機(jī)組鍋爐型號(hào)為HG-1900/25.4-YM4。鍋爐為超臨界壓力、循環(huán)泵式啟動(dòng)系統(tǒng)、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架的變壓本生直流爐。主蒸汽壓力25.4Mpa，溫度571℃，再熱蒸汽壓力4.62Mpa，溫度569℃。燃燒器布置方式為前后墻對(duì)沖。1、設(shè)備概述

大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司末級(jí)過(guò)熱器布置于爐膛出口的屏式過(guò)熱器之后，折焰角上方，沿爐寬方向排列共30片管屏，順流布置，管屏間距為690mm。每片管組由20根管子繞制而成，入口段的管子Ф44.5×7.5（材質(zhì)SA-213TP347H）。出口管屏材質(zhì)為Ф44.5×7.5（材質(zhì)SA-213T91），每片末級(jí)過(guò)熱器均連接有入口及出口集箱各一只。

過(guò)熱器和再熱器汽溫調(diào)節(jié)主要靠煙道尾部的煙氣調(diào)溫?fù)醢?，輔助減溫水調(diào)節(jié)。氧化皮主要發(fā)生在高溫過(guò)熱器入口SA-213TP347H管段，脫落后氧化皮易沉積在管屏底部彎頭。

末級(jí)過(guò)熱器布置于爐膛出口的屏式過(guò)熱器之后，折焰角

兩臺(tái)機(jī)組分別于2006年6月、8月投運(yùn)，#3爐于2009年3月機(jī)組中修時(shí)鍋爐給水系統(tǒng)酸洗后實(shí)施給水加氧運(yùn)行，#4爐2010年2月小修酸洗后實(shí)施給水加氧運(yùn)行。機(jī)組投運(yùn)以來(lái)氧化皮脫落導(dǎo)致鍋爐爆管事件3次。#3機(jī)組首次因氧化皮爆管累計(jì)運(yùn)行33246小時(shí)，#4機(jī)組累計(jì)運(yùn)行31619小時(shí)。

機(jī)組正常運(yùn)行防止氧化皮脫落控制措施課件圖1.1#4爐高過(guò)第30排第10根爆口形貌◆2010年9月14日#4爐管子爆口形貌圖1.2#4爐高過(guò)第13排第1根爆口形貌圖1.1#4爐高過(guò)第30排第10根爆口形貌◆2011年2月22日#4爐管子爆口形貌

圖1.3#4爐高過(guò)第11排第5根爆口形貌◆2011年2月22日#4爐管子爆口形貌圖1.3◆2010年11月9日#3爐管子爆口形貌◆2010年11月9日#3爐管子爆口形貌

通過(guò)我公司以上爆管實(shí)例說(shuō)明：超臨界機(jī)組在啟動(dòng)、停運(yùn)及機(jī)組大負(fù)荷波動(dòng)過(guò)程階段是氧化皮易脫落的較危險(xiǎn)時(shí)期，在此階段由于管子溫度波動(dòng)大、參數(shù)較難控制，極易造成高溫受熱面氧化皮與奧氏體不銹鋼管材由于熱膨脹系數(shù)不同而脫落，堆積在彎頭處堵塞，管徑變小，最終由于管內(nèi)蒸汽流量小，蒸汽對(duì)管道冷卻不足發(fā)生過(guò)熱爆管。通過(guò)我公司以上爆管實(shí)例說(shuō)明：超臨界機(jī)組2、氧化皮生成原因

鋼表面氧化皮的生成是金屬在高溫水汽中發(fā)生氧化的結(jié)果。在570℃以下，生成的氧化膜是由Fe2O3

和Fe3O4組成，F(xiàn)e2O3

和Fe3O4

都比較致密(尤其是Fe3O4)，因而可以保護(hù)鋼材避免進(jìn)一步氧化見(jiàn)圖2.12、氧化皮生成原因鋼表面氧化皮的生成是金屬在高溫水圖2.1低于570℃管內(nèi)部的氧化膜結(jié)構(gòu)圖2.1低于570℃管內(nèi)部的氧化膜結(jié)構(gòu)當(dāng)超過(guò)570℃時(shí)，氧化膜由Fe2O3、Fe3O4、FeO三層組成，F(xiàn)eO在最內(nèi)層，見(jiàn)圖2.2圖2.2高于570℃管內(nèi)部的氧化膜結(jié)構(gòu)當(dāng)超過(guò)570℃時(shí)，氧化膜由Fe2O3、Fe3

因?yàn)殍F的氧化物中存在FeO，而FeO是不致密的，因此破壞了整個(gè)氧化膜的穩(wěn)定性，這樣氧化過(guò)程得以繼續(xù)下去。此時(shí)，金屬的抗氧化能力大大降低，鐵與水蒸汽直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成Fe3O4

：3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑因?yàn)殍F的氧化物中存在FeO，而FeO是不致密的在氧化皮的形成過(guò)程中，管壁溫度和壓力對(duì)氧化皮形成起著推動(dòng)作用。據(jù)有關(guān)資料介紹，氧化皮的生長(zhǎng)速度與溫度有著密切的關(guān)系。

一般說(shuō)來(lái)，在某個(gè)溫度段（565℃～595℃），溫度越高，氧化皮生長(zhǎng)速度越快，而鍋爐主蒸汽溫度為571℃，在該溫度下運(yùn)行，管內(nèi)壁氧化皮就會(huì)很快生長(zhǎng)。在氧化皮的形成過(guò)程中，管壁溫度和壓力對(duì)氧化結(jié)論：機(jī)組正常運(yùn)行溫度就會(huì)發(fā)生高溫氧化。溫度越高，高溫氧化就會(huì)加速，容易造成氧化物運(yùn)行中大面積快速脫落，氧化高峰期來(lái)的越早。結(jié)論：3、氧化皮的脫落原因3.1奧氏體不銹鋼與氧化皮熱膨脹系數(shù)不同氧化鐵的膨脹系數(shù)一般在9.1×10-6/℃，奧氏體不銹鋼的膨脹系數(shù)一般在16～20×10-6/℃，兩者熱膨脹系數(shù)差異較大。在鍋爐運(yùn)行或啟、停機(jī)時(shí)受熱面管子的溫度變化，尤其是劇烈的溫度變化時(shí)，氧化皮之間以及基材因受熱應(yīng)力而脫落。3.2氧化皮達(dá)到一定厚度（不銹鋼0.10mm，鉻鉬鋼0.2-0.5mm）。3、氧化皮的脫落原因結(jié)論：

高溫運(yùn)行工況下，實(shí)際運(yùn)行中奧氏體不銹鋼管氧化皮的生成和剝落是不可避免的，氧化皮在不斷的生成和剝落。脫落速度取決于機(jī)組啟停溫度變化速率和壓力變化速率。結(jié)論：4、機(jī)組檢修氧化皮堆積檢測(cè)、清理鍋爐啟動(dòng)、停爐時(shí)升降溫速率過(guò)快會(huì)造成氧化皮大量剝落并堵塞受熱面管子，如果停爐后不對(duì)受熱面管進(jìn)行檢查清理，再次啟動(dòng)后受熱面管子便會(huì)面臨短期超溫爆管。因此“逢停必檢”是防范氧化皮造成危害的重要手段。4、機(jī)組檢修氧化皮堆積檢測(cè)、清理氧化皮在鋼管內(nèi)堆積堵塞的形式：氧化皮在鋼管內(nèi)堆積堵塞的形式：4.1外觀檢查及割管抽查停爐后對(duì)運(yùn)行超溫報(bào)警管壁逐個(gè)檢查，發(fā)現(xiàn)外觀顏色明顯不同，有過(guò)熱傾向，進(jìn)行割管。圖：氧化皮形狀4.1外觀檢查及割管抽查圖：氧化皮形狀4.2磁通量檢測(cè)法利用氧化皮和奧式體不銹鋼母材的磁性差異來(lái)判斷受熱面管內(nèi)氧化皮的堆積和生成情況，該種檢測(cè)方法方便快捷，對(duì)檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高。經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐，目前電科院已經(jīng)掌握檢測(cè)的規(guī)律，與射線拍片結(jié)果相同，為保證檢修質(zhì)量、縮短檢修工期提供了很大的幫助。4.2磁通量檢測(cè)法#4爐屏過(guò)氧化皮磁通量檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄2011.10.10#4爐屏過(guò)氧化皮磁通量檢測(cè)數(shù)據(jù)記根據(jù)歷次氧化皮割管清理后稱重經(jīng)驗(yàn)，30g氧化皮堆積可達(dá)管徑（Ф44.5×7.5）高度的1/3就有堵塞的危險(xiǎn)。經(jīng)標(biāo)定30g對(duì)應(yīng)磁通量值為700，檢測(cè)大于700的再用射線拍片驗(yàn)證，由于磁通量數(shù)值大小與氧化皮堆積高度、長(zhǎng)度、形狀有關(guān)，檢修時(shí)實(shí)際執(zhí)行大于300的進(jìn)行拍片驗(yàn)證。根據(jù)歷次氧化皮割管清理后稱重經(jīng)驗(yàn)，30g4.3磁通量檢測(cè)與射線拍片組合檢查由于氧化皮脫落部位無(wú)規(guī)律性，抽查發(fā)現(xiàn)概率小，且切管后重新打坡口焊接并做焊縫射線檢查，工作任務(wù)量大。我們通過(guò)多次搶修、小修的探索分析：鍋爐內(nèi)高溫過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器彎頭有近幾千個(gè)，若全部采用射線拍片方法費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢。因此，先采用磁通量檢測(cè)法對(duì)所有彎頭全部檢查，發(fā)現(xiàn)磁通量超標(biāo)的彎頭再進(jìn)行射線拍片驗(yàn)證。4.3磁通量檢測(cè)與射線拍片組合檢查氧化皮堵滿氧化皮堵塞1/3以下氧化皮堵滿氧化皮堵塞1/3以下管內(nèi)氧化皮堆積管內(nèi)壁氧化皮脫落及殘余管內(nèi)氧化皮堆積管內(nèi)壁氧化皮脫落及殘余#4爐小修期間，高過(guò)30屏、每屏20個(gè)彎頭共檢測(cè)4次，高過(guò)累計(jì)檢測(cè)2400個(gè)彎頭。氧化皮堆積信號(hào)大于300的，拍片驗(yàn)證彎頭108個(gè)：氧化皮重量最大133克，管徑基本堵實(shí)；發(fā)現(xiàn)有24個(gè)彎頭堵塞超過(guò)三分之一，氧化皮稱重約30~40克；有18個(gè)彎頭堵塞超過(guò)二分之一，氧化皮稱重50~74克；堵塞小于三分之一的26個(gè)彎頭沒(méi)有割管。為保險(xiǎn)起見(jiàn)，通常氧化皮堵塞超過(guò)1/3的全部割管清理。管子焊接完畢，拆除腳手架前，再用磁通量檢測(cè)儀全面復(fù)查一遍，防止檢修過(guò)程中氧化皮脫落堵塞管子。#4爐小修期間，高過(guò)30屏、每屏20個(gè)彎頭共5、防止氧化皮脫落控制措施

5.1啟動(dòng)過(guò)程中防止氧化皮脫落控制措施嚴(yán)格控制升溫升壓速度，防止溫變較快造成氧化皮加速剝落;超臨界機(jī)組采用旁路變壓沖洗，將沉積的氧化皮沖走，亞臨界機(jī)組通過(guò)開(kāi)關(guān)汽包安全閥的方式對(duì)鍋爐高過(guò)受熱面進(jìn)行吹管，將氧化皮吹至爐外。低負(fù)荷階段蒸汽流量小，盡量避免使用減溫水，減溫水會(huì)影響壁溫的突變，增加氧化皮的剝落幾率。5、防止氧化皮脫落控制措施機(jī)組變流量沖洗，管內(nèi)流速可以超過(guò)正常流速，帶出部分堆積物，在一定負(fù)荷下，通過(guò)快速增減負(fù)荷，對(duì)機(jī)組進(jìn)行變流量沖洗3～5次。試驗(yàn)負(fù)荷約100MW,負(fù)荷變動(dòng)率約3～5％MCR/min。加強(qiáng)疏水的回收和排放管理，防止不合格的疏水進(jìn)入主系統(tǒng)和前級(jí)系統(tǒng)產(chǎn)生的氧化皮進(jìn)入后級(jí)系統(tǒng)。機(jī)組變流量沖洗，管內(nèi)流速可以超過(guò)正常流速，帶出部分堆積物，在5.2機(jī)組正常運(yùn)行防止氧化皮脫落控制措施正常運(yùn)行時(shí)，氧化皮產(chǎn)生是不可避免的，但產(chǎn)生的速度與管壁溫度有關(guān)，管壁溫度越高，氧化皮產(chǎn)生的速度越快，因此，運(yùn)行人員應(yīng)嚴(yán)格控制受熱面管壁溫度不超溫，由于管壁溫度測(cè)點(diǎn)有限，運(yùn)行人員還要控制好受熱面出口蒸汽溫度。5.2機(jī)組正常運(yùn)行防止氧化皮脫落控制措施嚴(yán)格控制受熱面蒸汽和金屬溫度，嚴(yán)禁鍋爐超溫運(yùn)行，防止受熱面快速生成氧化皮。加強(qiáng)受熱面的熱偏差監(jiān)視和調(diào)整，控制溫度鍋爐左右側(cè)主蒸汽、再熱蒸汽偏差在10℃左右。防止受熱面局部長(zhǎng)期超溫運(yùn)行。長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行或主汽溫大幅波動(dòng)時(shí)采取變負(fù)荷吹管方案，具體詳見(jiàn)附件。嚴(yán)格控制受熱面蒸汽和金屬溫度，嚴(yán)禁鍋爐超溫運(yùn)行，防止受熱面快5.3機(jī)組停機(jī)時(shí)防止氧化皮脫落控制措施氧化皮一般更容易在降溫過(guò)程中發(fā)生剝落，在350℃附近發(fā)生劇烈剝落。由于停爐過(guò)程及停爐后的冷卻對(duì)氧化皮的脫落有著重大影響，因此要控制好降負(fù)荷和降溫降壓速度。5.3機(jī)組停機(jī)時(shí)防止氧化皮脫落控制措施機(jī)組正常停機(jī)要采用滑停方式，不能進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，應(yīng)采用悶爐處理（約72小時(shí)），滑停過(guò)程中屏過(guò)、末過(guò)蒸汽溫度的溫度變化率不高于2℃/min。通過(guò)減燃料、調(diào)燃燒的辦法降低負(fù)荷和溫度，避免投用減溫水。機(jī)組正常停機(jī)或事故停機(jī)時(shí)，立即停止送、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行并關(guān)閉爐膛進(jìn)出口風(fēng)系統(tǒng)擋板進(jìn)行悶爐。保證管壁溫度降至180℃以下，再開(kāi)始檢修工作。機(jī)組正常停機(jī)要采用滑停方式，不能進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，應(yīng)采用悶爐處理5.4提高主要輔機(jī)的可靠性。重要輔機(jī)設(shè)備的非停不僅僅是影響機(jī)組負(fù)荷，跳閘后機(jī)組負(fù)荷的大幅變化將導(dǎo)致鍋爐高溫受熱面氧化皮的脫落，因此防止輔機(jī)的非停對(duì)防止鍋爐氧化皮脫落有重要的意義。5.4提高主要輔機(jī)的可靠性。5.5增加壁溫測(cè)點(diǎn)增加壁溫測(cè)點(diǎn)利于機(jī)組運(yùn)行期間在線監(jiān)視管壁的溫度，發(fā)現(xiàn)超溫及時(shí)采取措施。完善熱負(fù)荷區(qū)域高溫受熱面管壁的溫度測(cè)點(diǎn)，要保證每排管子上至少有2-3個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，并加強(qiáng)受熱面管壁溫度測(cè)點(diǎn)的維護(hù)。5.5增加壁溫測(cè)點(diǎn)6、鍋爐吹管對(duì)汽機(jī)系統(tǒng)的影響.利用大修機(jī)會(huì)將汽輪機(jī)揭缸后檢查汽輪機(jī)葉片及噴嘴情況，氧化皮吹掃對(duì)葉片及噴嘴的影響不大；將凝汽器內(nèi)部清理后，再次進(jìn)行吹管并利用停機(jī)機(jī)會(huì)打開(kāi)發(fā)現(xiàn)凝汽器底部有類似爐管中的氧化皮（較細(xì)），是吹掃過(guò)程中碰撞等原因破碎導(dǎo)致的，證明鍋爐吹管帶走氧化皮的方法是有效果的。6、鍋爐吹管對(duì)汽機(jī)系統(tǒng)的影響.鍋爐吹管對(duì)汽機(jī)高旁、調(diào)門嚴(yán)密性有一定的影響，通過(guò)不斷地總結(jié)調(diào)整吹掃過(guò)程中高旁開(kāi)度，最近兩次機(jī)組啟動(dòng)后高旁門后溫度正常（280℃）。實(shí)踐證明只要掌握正確的方法是可以消除氧化皮吹掃對(duì)相關(guān)設(shè)備的影響鍋爐吹管對(duì)汽機(jī)高旁、調(diào)門嚴(yán)密性有一定的影響，通過(guò)不斷地總結(jié)調(diào)7、結(jié)束語(yǔ)

大唐三門峽#1、2、3、#4機(jī)組，經(jīng)過(guò)高溫受熱面氧化皮綜合治理，2012年至今（歷經(jīng)12次冷態(tài)啟動(dòng)、2次熱態(tài)啟動(dòng)），未出現(xiàn)氧化皮原因爆管。最近兩次停爐檢查，受