丁岩峰
!国网北京电力建设研究院"北京市"###$##
摘!要! 随着超临界锅炉在国内的相继投产!暴露出来的四管泄漏严重影响着机组的安全经济运行" 不同于其他亚临
界压力以下锅炉!超临界锅炉四管泄漏问题有其特点" 对国内超临界机组自投产以来四管泄漏事例现象原因进行了介
绍!从设计安装#检修#运行等方面提出了解决问题的方法及主要检修策略"
关键词! 超临界$锅炉$四管$泄漏$运行检修
中图分类号! %&''()'$%&''$
引言
水的临界压力为'')""* +,-! 临界温度为
./$)"* 0" 在临界点上!水与汽的参数完全相同!两
者的差别消失" 超临界锅炉工作在超临界压力范围
内!水冷壁与过热器的功能类似!水冷壁热偏差导致
流量偏差扩大#偏差管内工质热物理特性剧烈变化!
进而产生流量偏差和传热特性恶化!致使水冷壁壁温
偏差增大" 同时超临界机组再热器#过热器材质品种
繁多!基建施工中错用钢材和焊接工艺问题导致的锅
炉故障问题比较突出!其危害比亚临界自然循环锅炉
的程度严重得多$"%
"
针对超临界锅炉机组四管泄漏问题进行技术攻
关和不断探索!在设计施工#检修#运行等方面进行了
有益的尝试和改进部分问题得到有效解决" 对提高
超临界锅炉的设计水平#设备可用率及安全运行具有
重要价值"
$9造成锅炉四管泄漏原因
$4$9长期"短期超温爆管泄漏
锅炉受热面管壁造成长时超温过热的原因主要
有两种&一是管子内进入异物使管子堵塞!或是焊接
时的焊瘤等易造成管子堵塞'二是氧化物太多"
第一种情况管子内进入异物主要是基建安装时
造成!短时间内就发生爆管" 如某超临界锅炉!级屏
在"12 3 试运期间曾发生* 次爆管! 其材质为
"'45"267"'%7!规格为!
.' 8891 88" 破口宏观特
征为&爆破口较大!呈尖锐喇叭形!管壁减薄较多!胀
粗明显!破口边缘薄而锋利" 爆管原因为&安装时酸
洗不合格!管子里有异物堵塞"
第二种情况氧化物脱落造成爆管的过程为&大型
电站锅炉的高温过热器和再热器多为立式布置!每级
过热器和再热器由数百根竖立的:形管并列组成"
机组在停机和启动时!以及负荷#温度和压力变化较
大时!锅炉受热面上达到剥离条件的氧化皮开始逐渐
剥离下来!堆积在锅炉过热器蛇行管受热面底部" 剥
离下来的氧化皮垢层!一部分被高速流动的蒸汽带出
过热器!另有一些会落到:形管底部弯头处" 当某一
根管子开始有了一些脱落物堆积后!由于流动阻力增
加!它的管壁温度就会比周围的管子高!由于底部弯
头处氧化皮剥离物的不断堆积!使得管内通流截面减
小!造成流动阻力增加!导致管内的蒸汽流通量减少!
使管壁金属温度升高" 当堆积物数量较多时!造成管
壁超温引起爆管" 爆破口特征为&爆破口外壁颜色较
深!表面有多道蠕变纵向裂纹!爆破口处无明显胀粗!
边缘减薄不明显"
$"!9材质不良导致发生爆管
超临界锅炉机组材质规格繁多!如某电厂锅炉一
级屏式过热器材质为"'45"+;<!二级屏式过热器#三级
屏式过热器材质为"'45"267"'%7!二级对流过热器#二
级对流再热器材质为"'45"267"'%7! 水冷壁材质为
"'45"+;<!一级对流再热器材质为"'45"+;<!一级对
流过热器材质为"'45"+;<!省煤器材质为4%'#"
如基建安装时由于检验把关不严导致材质错用!
则很容易发生爆管问题!爆管宏观特征为爆破口异常
剧烈!破口呈大喇叭状!边缘粗钝!为典型脆性断裂"
$":9管材磨损引起锅炉泄漏原因
(") 易磨损部位受热面防磨瓦脱落!烟气磨损使
管子泄漏'
(') 锅炉蒸汽吹灰器设计安装位置角度不合理!蒸
汽长时间工作直吹受热面管某一固定部位导致泄漏"
$";9因设计"安装原因引起锅炉泄漏
某电厂超临界锅炉在投产初期启停过程中!出现
过几次下辐射区水冷壁前后墙和侧墙连接处水冷壁
撕裂现象" 分析引起水冷壁撕裂的原因为&该电厂锅
炉属于典型的*一炉两锅+!两个流道的沿程受热面汽

水互不混合!运行中易形成温度偏差!前后墙水冷壁
的热膨胀程度与侧墙水冷壁热膨胀程度不同!但整个
水冷壁通过鳍片焊接成一个整体!造成前后墙与侧墙
连接处焊缝存在拉应力!而且这种拉应力在锅炉停炉
时表现得尤为剧烈" 由于锅炉的频繁启停!这种拉应
力使前后墙与侧墙连接处金属的局部组织产生疲劳!
引起撕裂! 属设计不合理" 采取的改进措施为& 将
"# 8处前后墙与侧墙连接鳍片从中间割开" 8多!边
缘磨出止裂孔!使前后墙与侧墙分开!两个流道停炉
时自由收缩" 运行表明改造效果明显"
$"<9异种钢接头失效造成爆管
某直流炉过热器的异种钢焊口布置在炉顶!珠光
体钢"'45"+;<和奥氏体钢"'45"267"'%7两种钢的
耐热能力相差很大!当炉内管出现过热时一定首先体
现出"'45"+;<材质胀粗过热和泄漏!因此检查炉内
异种钢过热器超温情况时应重点检查热室中的异种
钢焊口及"'45"+;<管材的过热和胀粗"
图"!异种钢接头泄漏实图
异种钢接头失效的过程主要体现在如下方面&
(") 在运行温度下!碳原子从低合金母材侧进入
奥氏体焊缝!在熔合线附近形成脱碳层和增碳层" 脱
碳层的形成使接头强度和蠕变性能降低!蠕变强度不
匹配更加严重"
(') 由线膨胀系数的差异引起的热应力和残余
应力与正常的管运行应力相叠加!在接头熔合区产生
应力集中" 在该区可能还存在马氏体相组织"
(.) 由于蠕变强度的差异!在应力集中的作用
下!应变主要集中在蠕变强度较低的区域!即低合金
母材侧熔合线附近!运行一段时间后!该区域内部产
生蠕变裂纹!外部产生类似咬边缺陷的沟槽"
(/) 长期运行产生的蠕变裂纹相互联合"
(*) 联合的裂纹沿熔合线扩展!最终导致接头
断裂"
!9解决锅炉四管泄漏方法
!"$9设计与材质选用
超临界机组高压蒸汽管道#过热器#再热器#水冷
壁#联箱等部件的工作条件相对较为苛刻!对材料要
求也比较严格!其常见的典型失效机制最主要表现为
蠕变#疲劳#腐蚀和磨损等" 因此!机组用热强钢应满
足以下几个基本方面的要求&
"
*## =1## 0的工况下
应具有足够高的高温蠕变强度#持久强度和热疲劳强
度'
#具有良好的高温组织稳定性'
$具有良好的高
温抗氧化性!耐腐蚀性'
%具有良好的冷加工性能和
焊接性能"
在锅炉设计或投运以后的改造中!更换45含量
高的管材以提高金属抗氧化能力!氧化皮脱落的现象
在铁素体和奥氏体材料上均有发生!各种材料在抗氧
化和剥落上有所差别!材料中45含量的提高有助于
提高抗氧化能力!减缓氧化皮剥落的发生" %(" 抗氧
化性能优于%'' 材料! 其允许管壁温可在1'# =
1*# 0以上" 大量的研究和试验工作还表明& 细晶
%,./$ >?钢管在**# 0以上时的抗蒸汽氧化性能较
强!其蒸汽侧氧化皮生长速度较低!已在国内外电厂
开始应用"
!"!9受热面检修解决方法
根据超临界机组运行实际情况和几年来积累的
经验确定检查周期!冲刷严重部位每年检测一次!其
他部位进行常规检查!在一个大修期内做到全部检查
一遍" 以下重点部件需详细检查&
(") 穿墙管#悬吊管#管卡处管子和省煤器#水平
烟道内过热器上部管段#卧式布置的再热器等易磨损
部位受热面"
(') 水冷壁四角管子#燃烧器喷口和孔#门弯管
部件的管子#工质温度不同而连在一起的包墙管#包
烟#风道滑动面连接处的管子等易因膨胀不畅而拉裂
的部位"
(.) 受蒸汽吹灰器的汽流冲击的管子及水冷壁
或包墙管上开孔装吹灰器部位的近邻管排"
(/) 屏式过热器#高温过热器和高温再热器等有
经常超温记录的管排"
(*) 在大#中修期间采用氧化皮监测仪对过热
器#再热器进行氧化皮检测!同时对管材进行寿命评
估并及时更换氧化较严重的管材"
检查的重点项目是&
"包墙过热器鳍片焊口咬边
及顶棚过热器对接焊口检查'
#炉外小管一次门前焊
口#弯头磨损检查'
$一#二级屏式过热器#末级过热
器内圈吹灰器附近磨损部位'
%检查低温再热器悬吊
管根部是否有异常情况"
!":9运行操作预防措施
(") 注意主汽温及锅炉金属壁温的监视与调整!
启动时严格按运行规程控制好升温速度!防止运行中
超温" 滑停过程中控制汽温下降率小于")2* 0@87A
平稳下降!机组负荷降至"## +B以下时少用二级减温
水" 尽量避免紧急停炉!严禁停炉后通风快速冷却!以
防止氧化皮脱落" 但机组大修停炉时快速停炉冷却!
使氧化皮尽快脱落在大修期间得到一次彻底清除"
(') 做好停炉防腐工作!防止过热器#再热器弯
头积水造成停运期间腐蚀"
(.) 采用汽轮机启动旁路系统对氧化皮进行吹
扫&在机组启动初期利用机组本身的一#二级旁路系

统对锅炉过热器#再热器进行蒸汽吹管!通过监测凝
结水中铁含量的变化判断是否有氧化皮脱落"
(/) 超临界锅炉大多采用直吹式制粉系统!改善
磨煤机出口煤粉均匀性!保证其偏差不大于"#C!煤
粉均匀性改善后优化调整配风降低炉膛出口烟气温
度!降低过热器#再热器超温以减小氧化皮产生"
:9结束语
超临界锅炉机组经过多年的运行检修实践!对于
机组运行出现的四管泄漏问题进行了摸索!并制定了
一些解决措施!一些问题得到了解决" 一部分问题目
前仍然处于摸索阶段!需要不断借鉴国内外超临界机
组的先进运行检修经验"
;9参考文献
$"%!银龙!宋寿春!毕法森!等)超临界机组氧化皮的产生与防治
$D%)电力设备!'##1!$("#)&.. .1)
$'%!李耀君!柯于进!王红雨)不锈钢过热器管氧化皮脱落爆管分析
$D%)中国电力!'##*!.2(1)&/1 /()
$.%!范从振)锅炉原理$+%)北京&水利电力出版社!"(21)
收稿日期!'##$ #' #/
作者简介!
丁岩峰("($" )!男!工程师!主要从事火电厂热力系统节
能#环保的设计研究"
%超临界锅炉机组四管泄漏运行检修问题分析.pdf