1、前言
据统计，电站锅炉各种事故约占发电厂事故的63.2%，而受热面泄漏又占锅炉事故的86.7%，目前超临界机组受热面管内氧化皮大面积集中剥落导致管壁超温爆管机组停运又是普遍存在的共性问题。该问题已经成为威胁大容量发电机组安全稳定运行的主要隐患。
本文结合国华太仓发电有限公司600MW超临界机组实际情况，分析锅炉高温受热面管氧化皮集中剥落原因，提出防止氧化皮集中剥落的防治对策。
2设备及爆管情况简介
2.1设备情况简介
国华太仓发电有限公司7#、8#炉是由上海锅炉厂引进美国ALSTOM公司技术生产。锅炉型号SC-1913/25.4-M950，过热器出口压力25.4MPa，过热器出口温度571℃。锅炉型式为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构Ⅱ型锅炉、露天布置燃煤锅炉。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
炉膛宽度18816mm．炉膛深度17697mm．水冷壁下集箱标高为7500mm．炉顶管中心标高为71210mm。炉膛上部布置有分隔屏过热器和后屏过热器，水平烟道依次布置高温再热器和末级过热器．尾部烟道布置有低温再热器和省煤器。
末级过热器沿炉膛宽度均布于水平烟道中共82屏，每屏12根管，与烟气成逆流布置，屏间节距Sl为244mm，同屏内相邻管节距S2为76.2mm。每片受热面由12根U型管罔组成，管子规格和材质分别为∮38.lx5.59—9.03mm,SA-213 T23.T91.TP347H.
2.2爆管情况简介
2007年6月20日19时15分国华太仓公司8#机组抢修后并网．6月22日02时40分锅炉给水流量异常增大，机组补水量突增100t/h，炉标高65.8m处有明显泄漏声．10时05分机组打闸停机。
停机炉内检查情况发现末级过热器共有两处爆口：第一处爆口呈菱形，长度60mm，宽度32mm，端面光滑．破口两边呈撕薄撕裂状，为短期超温爆口特征；第二处爆口未全部爆开，长度20mm，爆口附近有众多平行的轴向裂纹，为长期超温爆口特征。
停机后对末级过热器热段上、中、下分3层进行100%胀粗及外观检查：末级过热器热段出口弯管100%射线检查氧化皮堆积情况；对末级过热器管有明显吹扫痕迹的管排进行测厚检查。根据检查结果对爆破管、壁厚吹损超标管、外壁表皮剥落过热管及弯头处堆积氧化皮堵塞管共46根进行了更换。
3、爆管原因分析
3.1抢修停炉时强制冷却
机组停运过程中受热面管降温速率计算方法为：通过安装在炉膛外部的顶棚大罩内测点显示的单位时间温度变化计算得到的。机组停运后顶棚大罩内测点显示的是顶棚内管壁温度变化速率，由于顶棚内受热面集箱、管屏较多且相对集中，顶棚内蓄热量较大，机组停运后散热量很小，管壁冷却速度很慢：而炉内受热面由于受到通风冷却，管壁温度变化速率远远大于顶棚内管壁温度变化速率。停机过程中所依据的顶棚内管壁降温速率虽然未超出技术措施要求，但实际炉内管壁降温速率已经大大超出技术措施要求（监控系统显示2008年7月10日机组停运过程中顶棚内管壁温度降低速率为1.6℃/min．实际炉内管壁温度降低速率为ll℃/min)，温度应力使氧化皮拉裂而发生剥落，并在顺蒸汽流向出口端下部弯头处堆积，减少管路流通截面，使管道发生过热而爆管。
3.2抢修后机组启动过程中减温水投用不当
末级过热器进口集箱采用三通结构，机组启动过程中为控制末过管壁温度而投入二级减温水，此时蒸汽流量较小（约300t/h），在三通效应影响较大的屏区因减温水雾化不良，较为集中进入个别管排，导致该区域管壁温度大幅波动，氧化皮集中剥落完全或部分堵塞管内流通面造成爆管或管壁过热。
图3、图4分别为机组启动期间末级过热器管壁温度与减温水投用对应关系。图中A侧减温水从13:19:43的14t/h增加到13:20:11的35t/h，导致局部管屏出口壁温从13:22:10到13:27:06自484.97C下降至354.8℃，共下降130℃，降温速率为260C/min，降温速率远远大于技术措施中要求的<2.5'C/min。
4、制定氧化皮集中剥落防治措施
4.1制订完善《防止氧化皮集中剥落的技术措施》，从机组启动、停运及正常运行过程中做好运行方式调整及参数控制防止氧化皮集中剥落
(l)针对氧化皮剥落特点，明确规定启动过程各个阶段的升温速率及机组启动至带负荷后72h内不同阶段主汽温度控制范围。
(2)对启动过程中减温水投用做了详细规定，防止因减温水投用不当造成氧化皮爆管。启动过程中尽量使用一级减温水调整主汽温；80MW负荷以下时，尽量少投用二级减温水，减少末级过热器管壁温度的变化速率；使用减温水时每次减温水门的开度变化≤5%．相邻两次的操作间隔时间不少于5min，观察减温器后的温度稳定后方可进行下一次的操作，且必须保证减温器后的温度有50℃以上的过热度。
(3)明确机组正常运行过程中吹灰制度、制粉系统运行方式、机组升降负荷时主汽和再热蒸汽温度变化速率、高温受热面管壁温度的监视及超温处理方法。
(4)明确机组停运过程中主汽温调节方式、主汽和再热蒸汽温度变化速率、停机方式、停炉后保养方式
4.2修订完善《启动过程中大流量冲洗技术方案》
明确启动过程中大流量冲洗的控制参数、冲洗方法、注意事项、安全措施，汽机冲转前利用高、低压旁路进行受热面大流量冲洗在启动初期及时将上次停机过程中滞留在管内的氧化皮排出，防止存留的氧化皮造成管内流通面积减小超温爆管。
4.3开展技术攻关工作
以安装测点、燃烧试验为基础，查找影响氧化皮剥落因素通过试验指导运行操作进行设备寿命评估，指导受热面检查、检修、改造工作。
(1)在末级过热器高温段加装6只炉内壁温测点、增补炉外85只壁温测点，通过试验掌握炉内、炉外壁温实际差值，根据炉内123管允许运行的温度反推炉外壁温，将原有主汽报警温度610℃修正至600℃，从根本上避免了因报警温度设置不合理．炉内T23管运行中长期超温，氧化皮非正常产生导致的使用寿命缩短及集中剥落爆管事故。
(2)进行不同的负荷、燃烧模式、机组启停和变负荷过程等24种工况下燃烧试验，找出影响末级过热器左右侧吸热偏差及炉内壁温、汽温剧烈波动的因素：通过优化运行方式降低末级过热器屏间吸热偏差及炉内管壁温度，减缓氧化皮的生成，综合治理因氧化皮剥落而产生的超温爆管问题。图5中红色曲线显示：优化调整后600MW负荷工况下，末级过热器屏间吸热分布趋于均衡，峰值温度降低5C—l0℃。
(3)研制并应用末级过热器壁温在线监测系统。在炉内、炉外壁温测点24种工况下燃烧试验取得数据的基础上，通过壁温在线系统解决如下关键问题：①在线监控危险管屏、危险管子所处的位置炉外壁温监测值和炉内壁温计算值，避免发生超温爆管事故；②定性地区分对壁温升高影响的特定因素，指导运行人员针对性的进行科学调整，消除管壁超温；③根据每根管子的壁温历史记录，为氧化皮厚度计算及剩余寿命评估提供必要数据，为设备状态检修提供科学依据。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料是客户们不错的选择。
4.4逢停必检
利用每次停机机会进行末级过热器受热面检查。先宏观检查，对发现有问题部位及在线监测系统提示超温部位，再针对性地进行硬度、金相试验；根据停机时间长短相应安排末级过热器高温段出口弯头拍片检查，对堆积氧化皮的弯头在进行割管清理及更换处理的同时，注重原因分析和风险评估工作，杜绝事故发生。自2006年6月至2008年10月，已累计进行末级过热器拍片检查3784片次，查出停机过程中剥落堵塞的末过管6处，避免了因检查不到位造成机组启动后超温爆管事故。图6为拍片检查出末级过热器出口弯头堆积氧化皮情况。
5、结束语
国华太仓发电有限公司8号机组自2007年6月发生末级过热器爆管以来，广大技术人员依托科研院所及专家对高温受热面氧化皮生成、剥落机理进行研究；通过技术攻关，在大量试验基础上摸索出影响氧化皮集中剥落的关键因素，有针对性制定、执行了一系列检查、检验及运行操作措施，截至2009年4月再未发生氧化皮集中剥落爆管事故，氧化皮问题得到有效控制。
据统计，电站锅炉各种事故约占发电厂事故的63.2%，而受热面泄漏又占锅炉事故的86.7%，目前超临界机组受热面管内氧化皮大面积集中剥落导致管壁超温爆管机组停运又是普遍存在的共性问题。该问题已经成为威胁大容量发电机组安全稳定运行的主要隐患。
本文结合国华太仓发电有限公司600MW超临界机组实际情况，分析锅炉高温受热面管氧化皮集中剥落原因，提出防止氧化皮集中剥落的防治对策。
2设备及爆管情况简介
2.1设备情况简介
国华太仓发电有限公司7#、8#炉是由上海锅炉厂引进美国ALSTOM公司技术生产。锅炉型号SC-1913/25.4-M950，过热器出口压力25.4MPa，过热器出口温度571℃。锅炉型式为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构Ⅱ型锅炉、露天布置燃煤锅炉。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
炉膛宽度18816mm．炉膛深度17697mm．水冷壁下集箱标高为7500mm．炉顶管中心标高为71210mm。炉膛上部布置有分隔屏过热器和后屏过热器，水平烟道依次布置高温再热器和末级过热器．尾部烟道布置有低温再热器和省煤器。
末级过热器沿炉膛宽度均布于水平烟道中共82屏，每屏12根管，与烟气成逆流布置，屏间节距Sl为244mm，同屏内相邻管节距S2为76.2mm。每片受热面由12根U型管罔组成，管子规格和材质分别为∮38.lx5.59—9.03mm,SA-213 T23.T91.TP347H.
2.2爆管情况简介
2007年6月20日19时15分国华太仓公司8#机组抢修后并网．6月22日02时40分锅炉给水流量异常增大，机组补水量突增100t/h，炉标高65.8m处有明显泄漏声．10时05分机组打闸停机。
停机炉内检查情况发现末级过热器共有两处爆口：第一处爆口呈菱形，长度60mm，宽度32mm，端面光滑．破口两边呈撕薄撕裂状，为短期超温爆口特征；第二处爆口未全部爆开，长度20mm，爆口附近有众多平行的轴向裂纹，为长期超温爆口特征。
停机后对末级过热器热段上、中、下分3层进行100%胀粗及外观检查：末级过热器热段出口弯管100%射线检查氧化皮堆积情况；对末级过热器管有明显吹扫痕迹的管排进行测厚检查。根据检查结果对爆破管、壁厚吹损超标管、外壁表皮剥落过热管及弯头处堆积氧化皮堵塞管共46根进行了更换。
3、爆管原因分析
3.1抢修停炉时强制冷却
机组停运过程中受热面管降温速率计算方法为：通过安装在炉膛外部的顶棚大罩内测点显示的单位时间温度变化计算得到的。机组停运后顶棚大罩内测点显示的是顶棚内管壁温度变化速率，由于顶棚内受热面集箱、管屏较多且相对集中，顶棚内蓄热量较大，机组停运后散热量很小，管壁冷却速度很慢：而炉内受热面由于受到通风冷却，管壁温度变化速率远远大于顶棚内管壁温度变化速率。停机过程中所依据的顶棚内管壁降温速率虽然未超出技术措施要求，但实际炉内管壁降温速率已经大大超出技术措施要求（监控系统显示2008年7月10日机组停运过程中顶棚内管壁温度降低速率为1.6℃/min．实际炉内管壁温度降低速率为ll℃/min)，温度应力使氧化皮拉裂而发生剥落，并在顺蒸汽流向出口端下部弯头处堆积，减少管路流通截面，使管道发生过热而爆管。
3.2抢修后机组启动过程中减温水投用不当
末级过热器进口集箱采用三通结构，机组启动过程中为控制末过管壁温度而投入二级减温水，此时蒸汽流量较小（约300t/h），在三通效应影响较大的屏区因减温水雾化不良，较为集中进入个别管排，导致该区域管壁温度大幅波动，氧化皮集中剥落完全或部分堵塞管内流通面造成爆管或管壁过热。
图3、图4分别为机组启动期间末级过热器管壁温度与减温水投用对应关系。图中A侧减温水从13:19:43的14t/h增加到13:20:11的35t/h，导致局部管屏出口壁温从13:22:10到13:27:06自484.97C下降至354.8℃，共下降130℃，降温速率为260C/min，降温速率远远大于技术措施中要求的<2.5'C/min。
4、制定氧化皮集中剥落防治措施
4.1制订完善《防止氧化皮集中剥落的技术措施》，从机组启动、停运及正常运行过程中做好运行方式调整及参数控制防止氧化皮集中剥落
(l)针对氧化皮剥落特点，明确规定启动过程各个阶段的升温速率及机组启动至带负荷后72h内不同阶段主汽温度控制范围。
(2)对启动过程中减温水投用做了详细规定，防止因减温水投用不当造成氧化皮爆管。启动过程中尽量使用一级减温水调整主汽温；80MW负荷以下时，尽量少投用二级减温水，减少末级过热器管壁温度的变化速率；使用减温水时每次减温水门的开度变化≤5%．相邻两次的操作间隔时间不少于5min，观察减温器后的温度稳定后方可进行下一次的操作，且必须保证减温器后的温度有50℃以上的过热度。
(3)明确机组正常运行过程中吹灰制度、制粉系统运行方式、机组升降负荷时主汽和再热蒸汽温度变化速率、高温受热面管壁温度的监视及超温处理方法。
(4)明确机组停运过程中主汽温调节方式、主汽和再热蒸汽温度变化速率、停机方式、停炉后保养方式
4.2修订完善《启动过程中大流量冲洗技术方案》
明确启动过程中大流量冲洗的控制参数、冲洗方法、注意事项、安全措施，汽机冲转前利用高、低压旁路进行受热面大流量冲洗在启动初期及时将上次停机过程中滞留在管内的氧化皮排出，防止存留的氧化皮造成管内流通面积减小超温爆管。
4.3开展技术攻关工作
以安装测点、燃烧试验为基础，查找影响氧化皮剥落因素通过试验指导运行操作进行设备寿命评估，指导受热面检查、检修、改造工作。
(1)在末级过热器高温段加装6只炉内壁温测点、增补炉外85只壁温测点，通过试验掌握炉内、炉外壁温实际差值，根据炉内123管允许运行的温度反推炉外壁温，将原有主汽报警温度610℃修正至600℃，从根本上避免了因报警温度设置不合理．炉内T23管运行中长期超温，氧化皮非正常产生导致的使用寿命缩短及集中剥落爆管事故。
(2)进行不同的负荷、燃烧模式、机组启停和变负荷过程等24种工况下燃烧试验，找出影响末级过热器左右侧吸热偏差及炉内壁温、汽温剧烈波动的因素：通过优化运行方式降低末级过热器屏间吸热偏差及炉内管壁温度，减缓氧化皮的生成，综合治理因氧化皮剥落而产生的超温爆管问题。图5中红色曲线显示：优化调整后600MW负荷工况下，末级过热器屏间吸热分布趋于均衡，峰值温度降低5C—l0℃。
(3)研制并应用末级过热器壁温在线监测系统。在炉内、炉外壁温测点24种工况下燃烧试验取得数据的基础上，通过壁温在线系统解决如下关键问题：①在线监控危险管屏、危险管子所处的位置炉外壁温监测值和炉内壁温计算值，避免发生超温爆管事故；②定性地区分对壁温升高影响的特定因素，指导运行人员针对性的进行科学调整，消除管壁超温；③根据每根管子的壁温历史记录，为氧化皮厚度计算及剩余寿命评估提供必要数据，为设备状态检修提供科学依据。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料是客户们不错的选择。
4.4逢停必检
利用每次停机机会进行末级过热器受热面检查。先宏观检查，对发现有问题部位及在线监测系统提示超温部位，再针对性地进行硬度、金相试验；根据停机时间长短相应安排末级过热器高温段出口弯头拍片检查，对堆积氧化皮的弯头在进行割管清理及更换处理的同时，注重原因分析和风险评估工作，杜绝事故发生。自2006年6月至2008年10月，已累计进行末级过热器拍片检查3784片次，查出停机过程中剥落堵塞的末过管6处，避免了因检查不到位造成机组启动后超温爆管事故。图6为拍片检查出末级过热器出口弯头堆积氧化皮情况。
5、结束语
国华太仓发电有限公司8号机组自2007年6月发生末级过热器爆管以来，广大技术人员依托科研院所及专家对高温受热面氧化皮生成、剥落机理进行研究；通过技术攻关，在大量试验基础上摸索出影响氧化皮集中剥落的关键因素，有针对性制定、执行了一系列检查、检验及运行操作措施，截至2009年4月再未发生氧化皮集中剥落爆管事故，氧化皮问题得到有效控制。
