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）课件

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（44.57.5） 、屏式过热蒸汽 温度538.3（386.6 ）、高温再热蒸汽温度569（ 514 ），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1000015000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 手机系统电话：956512856 2009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#