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摘 要：分析某发电厂1号锅炉分隔屏过热器超温爆管的原因，介绍所采取的针对性运行调整措施及实施结果。
关键词：超临界;直流锅炉;分隔屏过热器;爆管
某发电厂一期工程装有2台600MW超临界燃煤机组，1号机组于某年5月进入整套启动阶段， 7月26日投产。该机组锅炉为超临界压力螺旋管圈直流炉，炉膛四角布置直流式喷燃器，配置6台中速磨煤机直吹式制粉系统，锅炉采用等离子方式点火(四角A层布置)，启动系统采用容量为30%BMCR的不带循环泵的内置式启动系统，汽轮机设高低压两级串联旁路系统，旁路容量为35%BMCR。
1 锅炉爆管经过
5月30日，机组首次整套启动，顺利进行锅炉点火、汽机冲转、发电机并网，机组带10%初始负荷4小时进行暖机，机组与系统解列后，做汽轮机超速试验，做汽机主汽门及调速汽门严密性试验。
5月31日，机组再次启动， 6月1日1：53发电机并网，逐渐加负荷，14：22向调度申请机组加负荷,进行锅炉安全门校验, 17：30左右，锅炉转干态运行，发现机组补给水量异常，各系统进行全面检查，未发现明显异常情况，在对给水和疏放水系统进行全面检查和隔离后，机组补给水量有所下降，于是按计划带负荷进行锅炉安全门校验，23：20发现捞渣机卡涩现象，发现内部有疑似受热面钢管。即向调度申请停炉，当时机组负荷330MW，分离器压力22MPa，过热器出口温度正常，给水量860～920t，燃煤量178t。确定锅炉爆管，经调度同意，于6月2日 1：42锅炉停炉。
2 爆管检查及分析
2.1 爆管情况检查和试验
(1)停炉后进入炉膛检查：发现分隔屏过热器爆管断裂，部分管屏及定位管变形严重。
(2)光谱分析检查：分隔屏管进口段材质为T12，出口段材质为T23，下部外三圈为T91，T91与T12间用T23短管过渡，通过对现场管光谱分析检查，材质与设计图纸相符。
(3)硬度检查：对爆管管子和现场管子进行硬度检查，T91管子HB基本在170左右，T23管子HB基本在140～150左右，T12管子HB基本在120～130左右，参考ASTM SA213标准，T12管子的硬度标准是不超过163HB，T23管子的硬度标准是不超过220HB，T91管子的硬度标准是不超过250HB。从硬度检查上看,T91、T23、T12管子存在硬度梯度，数值符合ASTM SA213标准要求。
(4)金相组织检查：在现场分别对T12、T23、T91三种材质管子进行金相取样分析，T12、T91钢金相组织未发生明显变化，晶粒度、组织都基本正常，未发现组织有球化现象。但爆破的T23管子爆口侧组织呈条形，碳化物严重球化并聚集长大，晶界呈链状;爆口背面组织也严重球化并聚集长大，晶界呈链状。
2.2 分隔屏过热器爆管原因
分隔屏过热器材质主要有SA-213 T12、T23 和T91，分别适用于≦540℃、≦580℃，≦650℃工况下运行，(额定工况下分隔屏过热器出口蒸汽温度为482℃，管壁温度为532℃)，机组启动期间，由于分隔屏过热器较长时间超过其额定温度运行，受热面过热，个别时段甚至超过管材金属的最高使用温度，使管材金属内部组织发生变化，许用应力下降，管子在内应力作用下产生塑性变形，最后导致超温爆管。
(1)爆口分析
对上图爆破管观察分析，该管子材质为T23，从管子上的爆口来看，爆口长度约130mm，宽度约50mm。破口处张开很大，呈喇叭状。破口边缘锐利，减薄较多，破口断裂面较为光滑，呈撕裂状，破口附近管子有一定的胀粗，破口内壁由于爆管时管内汽流急速冲击而显得较光洁。管子外壁呈蓝黑色，破口附近并没有平行于破口的轴向裂纹。从这些情况可以看出，管子由于在短期内即被过热到较高的温度，其强度产生了明显下降，但此时管子在高温下有较好的韧性，在内部介质压力的作用下，管子随之产生了较大的塑性变形，管径胀大，管壁开始减薄，当管子厚度满足不了强度的要求时，就产生了爆破。通常情况下，管子的周向应力都是远大于轴向应力的，所以管子爆口张开较大。
(2)对T23管在不同温度下的最小壁厚计算分析
T23材料在不同温度下对应的许用应力参考值如下：
温度(℃)20100300400450500525550575600625650
许用应力(MPa)1281281251241171111058771563825
从上表中可以看出, T23材质在525℃以下时,许用应力变化不大,超过550℃时,许用应力下降较快。
不同温度下管子理论壁厚计算公式(不考虑弯管和氧化等其它因素)
S=PD0/(2[σ]η+2Yp)
S：管子理论计算壁厚(mm)
P：设计压力(MPa)
D0：管子外径(mm)
[σ]：相应温度下的许用应力(MPa)
η：许用应力修正系数，直管取1
Y：温度修正系数，530℃以上取0.7
根据以上公式计算，对应T23管子外径为φ41.3 mm，计算不同温度和压力下管子的最小壁厚值如下：
分隔屏出口管壁温度
(℃)压力
(MPa)许用应力
(MPa)管子理论壁厚S
(mm)
53025.4954.65
55025.4875.0
60022566.36
62522388.51
64022319.79
由以上计算结果可以得知，在当时的运行工况下，蒸汽压力为22MPa时，当管壁温度超过600℃时，管子计算的最小壁厚(6.36mm)已超出了原管子设计的壁厚(5.59mm)，当管壁温度达到625℃和640℃时，其最小壁厚要求远大于管子的设计壁厚。
本次分隔屏过热器爆管，损坏严重的是T23材质的管子。是由于运行中管子温度超过了设计使用温度较多造成的爆管。虽然管壁超温没有引起组织发生相变，但其组织已完全球化，晶界呈链状，强度大幅下降，满足不了介质运行工况要求，于是在管子上最薄弱的环节发生了爆管。
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