台山发电公司号锅炉氧化皮问题原因分析

1、国华台电1号炉氧化皮问题原因分析一、台电1号机组概述：o 1号机组2003年12月9日投产；o 运行8年，累计两次A修、四次C修、四次D修；o 至2012年1月累计运行65321小时。二、台电1号炉氧化皮检查及处理介绍：1、今年小修中氧化皮检查处理2012年1月26日开始C级检修。在小修中作为锅炉防磨防爆项目，对后屏过热器进行了氧化皮检查，在检查中发现后屏过热器部分管子有氧化皮脱落堆积现象。分析及调研：技术分析：组织国华研究院、上海锅炉厂、广东电科院、声华检测等单位专家多次召开分析会议，技术调研：后向吴泾、太仓、宁海等电厂进行调研，制定对受热面进行了扩大检查的方案。扩大检查及处理：拍片检查：对

2、分隔屏、后屏、末过、末再共拍片检查710 个弯头；测厚：请广东电科院的专业人员对锅炉过热器、再热器氧化皮进行了测厚，厚度在0.1-0.16mm；处理：对其中堆积超过20%的142个管子进行割管清理处理； 小修中后屏清理出来的氧化皮 小修中分隔屏清理出来的氧化皮2、修后启动第一次爆管及处理爆管情况：2月14日8时50分锅炉点火，启动过程中对锅炉进行了5次冲洗；16日4 时，1 号机组负荷300MW，1 号炉后屏过热器第7屏、下数第三根后侧弯头直管段上部爆管； 后屏第22屏第3根弯头出现堵管情况 末级过热器内氧化皮 处理措施：1) 对1根爆管和3根吹损管子全部更换；2) 拍片检查：对分隔屏过热器、

3、后屏过热器、末级过热器、末级再热器拍片检查；具体如下：对后屏在C修中没有进行过氧化皮检查的314个管子全部进行拍片，对c修已检查过的抽查22个，对3个疑似堆积的管子进行割管,发现1个氧化皮较多。末级过热器抽查24个弯头，其中一个有氧化皮堆积现象（约为管内径的10%），对其割管检查，氧化皮呈较大片状；末级再热器检查4个弯头，未发现氧化皮堆积现象。3) 磁通量检查：对后屏及分隔屏TP347材质的87个管子进行磁通量检查，未发现氧化皮堆积。4) 外观宏观检查：对后屏过热器进行管道胀粗、裂纹、异常等全面检查，对疑似有鼓包3根管进行割管检查，未发现氧化皮堆积及存在异物现象，对其进行金相分析，有老化现象，

4、但基本符合锅炉目前累计运行时间的金相组织特性。 5) 内窥镜检查：对后屏过热器联箱进行检查，将发生爆口的炉管与联箱接口管处割开，用工业内窥镜检查无异物，发现管道内表面有氧化皮较大面积剥落现象。3、第二次爆管及处理爆管情况：2月22日21：00，1号炉第二次泄漏，泄漏位置为后屏过热器第6屏从外向内第19根管，损伤第1、2、3、4、20根管，损伤管道严重变形。 规格：54*8，材质：12Cr1MoV 措施制定：第二次爆管再次组织国华检修部、国华研究院、上海锅炉厂、西安热工院、东南大学、苏州热工院、上海成套设备研究所、广东电科院、吴泾电厂、宁海电厂等单位的专家及技术人员进行分析研究。会议制定了短期、

5、中期、长期的工作计划：1) 短期是通过透视、测厚，查找氧化皮脱落堆积情况，进行割管处理。并加装后屏温度测点，在运行中能监视管壁温度。2) 中期是研究制定锅炉酸洗、吹管、喷砂、换管等方案。3) 长期是细化运行控制措施 。 处理措施：1) 宏观检查：对后屏25排管屏合计1000根管子全部进行了检查，未发现有缺陷。2) 氧化皮测厚: 共测量309个点，管中氧化皮最厚壁厚为0.23mm，在正常范围内。3) 测量硬度: 共测量184个点，未发现硬度超标情况。4) 内窥镜: 割管内窥检查226根管，检查有39根氧化皮较严重，进行更换或者喷砂处理。5) 拍片检查:共拍片876只，发现后屏过热器有6只氧化皮堆

6、积超标，均进行了清理。6) 管子取样：共取样5根，管子已送至广东电科院进行金相分析，金相结果正常。7) 测点加装：本次共加装壁温测点614只（其中原设计已安装但信号未接入DCS的80只），后屏过热器共500根管子全部加装，分隔屏加装14个，末过加装100个。氧化皮测厚数据表后屏过热器氧化皮测厚管屏123456789212Cr1MoV<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1未测未测<0.10.16 T91<0.10.23 <0.1<0.1<0.1<0.1<0.11912Cr1MoV<0.1<0.1<0.1&

7、lt;0.1<0.1<0.1<0.1管屏101112131415161718212Cr1MoV<0.1<0.10.12 <0.1<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1T91<0.10.12 <0.1<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1<0.11912Cr1MoV<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1 T91<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1&l

8、t;0.1<0.1  内窥镜检查照片 管内积存氧化皮分析：后屏过热器：氧化皮为T91管段产生，未见12Cr1MoV管段产生的氧化皮末过试样：氧化皮为 T91管段产生，未见 12Cr1MoV管段产生的氧化皮分隔屏试样：氧化皮为12Cr1MoV管段产生，未见TP347管段产生的氧化皮4、第一次爆口外观及金相分析宏观观察：爆口处管径有明显胀粗，爆口不大，爆口部位管壁减薄明显成薄刃状，无明显变色现象，爆口周围有众多纵向裂纹。从爆口的宏观分析来看，爆管具有超温过热的特征。光谱分析：元素化学成分符合材质ASME SA213T91标准要求。金相检测：爆口及附近金相组织分析结果为回火

9、索氏体，碳化物有析出聚集，组织老化 。硬度试验：值偏低HB152，标准为HB180-250。5、第二次爆口外观及金相分析宏观观察：管径有明显胀粗，爆口较大，呈喇叭状 ，具有典型的短时超温过热特征。金相检测：聚集形态的珠光体区域已开始分散，但其组成还是十分密集的，珠光体仍保持原有的区域形态。球化级别2级。硬度试验：爆口边缘HB137，离爆口1.2米处边缘HB130；标准GB3077 ，HB135179。6、爆口直接原因第一次爆管原因：因管内氧化皮堆积影响流量减少导致长期局部过热，组织发生蠕变损伤，管材性能下降；机组启动后又有氧化皮掉落，造成短期局部过热，导致管子胀粗泄漏。第二次爆管原因：管内壁氧

10、化皮在启动过程中由于温度大幅波动，氧化皮集中脱落堆积，流通截面减小，管壁超温爆管。三、技术分析：1) 设计及选材分析 后屏过热器材质分布图 厂家出于制造成本考虑同一屏的后屏过热器使用了3种材质的管材，这些材质中使用的最少的TP347H氧化皮最不容易生成和脱落，使用的最多的 12CrlMoV氧化皮比较容易生成和脱落。设计比较分析：1、2号炉容积热负荷原设计偏大（同吴泾电厂两台锅炉），设计的炉膛容积热负荷为87.63KW/m3，炉膛断面热负荷4679.51KW/m2，3-5号锅炉时容积热负荷设计为84.95KW/m3，炉膛断面热负荷4558KW/m2。运行结焦分析：1、2号炉设计燃用煤种为神府东胜

11、煤，运行中需要掺烧20%的石炭煤，才能缓解燃用神华煤炉膛结焦的问题，而3-5号则可以燃用100%神华煤。减温水量分析：机组在300350MW时一减平均流量为73.8t/h，再热汽温平均为528.8度；满负荷时一减平均流量为16.6t/h,再热汽温平均为537.5度,说明低负荷时屏式过热器吸热过多，再热器吸热很少，受热面热负荷分布设计不合理，导致低负荷时屏式过热器热负荷过高产生氧化皮。2) 受热面布置的影响分析集箱入口三通部位气流存在涡流现象，造成正下方布置的管子流量减少工况恶略，加速氧化皮的生成和脱落。另外，三通直对的管子容易直接射进杂质，造成堵管。 （后屏两次爆管第七屏、第六屏管子均在此位置

12、） 3) 滑停及机组启动影响分析机组计划检修停机一般采用滑停方式，因屏式过热器设计面积过大，吸热过多，为达到降低汽机缸温的目的，滑停中一级减温水量就大，滑停至汽机打闸后，减温水门全关，蒸汽不流动，屏式过热器位于炉膛正上方，在锅炉余热作用下，必然会造成温度升高，致使屏式过热器入口温度快速升高。在机组启动过程中，因屏式过热器吸热过多，过热汽温在汽机60MW暖机过程中上升过快，会导致汽机胀差超标，因暖机时蒸汽流量小，当加入少量减温水时，即使减温水调门开度为1%，也会使一减后温度大幅度下降，存在减温水控制不稳定的问题。 2-13日1号机组启动一减后温度变化图 2011-12-15日2号机组启动一减后温

13、度变化图 2012-1-3日5号机打闸时一减后温度变化图 2012-1-29日5号机启动时一减后温度变化图吴泾电厂滑参数停机的图表 对同类型锅炉进行调研，普遍存在在滑参数停炉过程中减温水投用量较大，温降速率较快，壁温波动较大的问题。选取同类型锅炉两个厂调研减温水投入情况滑参数停机投减温水量(t/h)屏过壁温降温速率(/min)后屏壁温降温速率(/min)末过壁温降温速率（/min)过热器一级减温水：最高:145,平均 :55, 180MW 以下平均: 8, 过热器二级减温水:最高15,平均:1180MW 以下平均: 0最高 5.8 平均 0.7 最高11平均0.98最高5 平均0.96 过热器

14、一级减温水：最高:125,平均:78,180MW以下平均:75 过热器二级减温水：最高81,平均:54180MW 以下平均:30 无测点无测点最高 3.6平均 0.53停机分析：滑停至汽机打闸后减温水门全关，蒸汽不流动，屏式过热器位于炉膛正上方，必然会造成温度升高，致使屏式过热器入口温度快速升高。启动分析：机组冷态启动过程中汽轮机汽缸绝对膨胀较小，为避免胀差增长过快导致的动静摩擦，就要通过减温水来控制汽温，启动初期蒸汽流量小，减温水调节特性差，初期投入减温水易导致屏式过热器入口温度大幅波动。4) 高负荷、深度调峰、长周期运行影响分析本次检测氧化皮厚度基本在0.1-0.23mm。经专家分析，按照

15、投产8年累计运行时间65321小时计算，生成厚度正常，但是已经达到了氧化皮容易脱落的厚度。具分析研究证明机组启停次数多会使生成的氧化皮随着机组的启停多次少量脱落，并被蒸汽带走，形成不了堵塞。而台电地处广东地区，受高负荷、深度调峰、长周期运行的影响，恶化了氧化皮的生成及集中脱落环境。1号机组从2003年12月9日投产至今8年运行65321小时，累计停机9次。2010年2月大修后至今连续长周期运行510天，这些条件造成了氧化皮生成积累效应，在小修起停过程中氧化皮集中脱落，由于量大而不能及时带走，形成堵塞。5) 煤质变化及多种煤同时燃用的影响分析 台电1-5号锅炉设计燃用煤种为神府东胜煤，但是受国内

16、供煤困难的影响及响应集团“大营销”战略的号召，从2006年开始燃用印尼煤、南非煤、澳洲煤、俄罗斯煤等进口煤及国内的准格尔煤1-5号、布尔台煤、外购煤等等，煤种较多、煤质参差不齐，差异很大。存在入炉煤煤质特性不均的问题，一个炉膛多种煤同时燃烧的情况，造成炉膛内燃烧波动、燃烧温度波动、热负荷变化等问题，这些变化在一定程度上影响着氧化皮的生成和脱落。印尼煤和神混煤煤质的分析比较 全水分空干基水空干基灰空干基挥空干基硫低位热灰熔点T2印尼煤平均20.1711.884.9240.200.4521.281202 神混115.26.110.6830.650.4623.151183 神混216.36

17、.213.1629.570.5221.861210下图为台电所作印尼煤和准格尔煤掺烧时的着火温度试验，从图可以看出全烧印尼煤具有较好的着火温度，和全烧准格尔煤有很大差异。这些差异表现在燃烧中，就是对炉内燃烧状态的的影响，喷口的着火距离、炉内切圆的变化、炉内火焰的跳动、受热面屏低温度的变化,这些变化对氧化皮的形成和脱落有一定影响。6) 温度测点的影响（国华同类型锅炉比较分析）台电分隔屏过热器、后屏过热器未设置壁温测点，不能监控其温度变化情况，对温度异常不能有效的进行监控。国华17台亚临界锅炉高温受热面（分隔屏过热器、后屏过热器、末级过热器、低温再热器、高温再热器）8台锅炉的分隔屏过热器、后屏过热

18、器未设置壁温测点，9台设置了壁温测点。17台亚临界锅炉的分隔屏过热器均无全屏测点；有2台炉高温受热面无任何全屏测点，其余15台亚临界锅炉的末级过热器、低温再热器、高温再热器均设置有24个全屏测点。17台亚临界锅炉高温受热面壁温报警值差异较大。17台亚临界锅炉中已安装壁温测点的高温受热面测点设置点数相差不大。吴泾电厂测点布置和台电公司比较一致。7) 微油（等离子）点火的影响分析锅炉采用微油（等离子）启动方式与采用油枪启动方式相比，初期炉膛出口烟温变化率相差10倍，前者烟温变化率为28/min，后者烟温变化率为2.8/min 。烟温高于200后，烟温升速率相差不大。受热面升温到80100 时，多数

19、管子中会凝结存水，水压试验后更是满管存水，当烟温升速率较快时，一方面存水剧烈沸腾导致氧化皮脱落；另一方面烟温变化剧烈也会导致氧化皮脱落。煤粉燃尽时间比柴油燃尽时间长，因此采用微油（等离子）启动比采用油枪启动时，炉内的火焰中心要高。锅炉起压前，未形成蒸汽流动对受热面的冷却效果，因此处于干烧状态，屏式过热器位于炉膛正上方，加上微油（等离子）启动烟温升速率高，必然导致屏式过热器管壁温度变化快，致使氧化皮容易脱落。低温阶段金属膨胀与氧化皮膨胀差最大，最容易受扰动脱落，宜采用油枪启动。 2012-2-20日1号炉油枪点火烟温图 2010-8-30日1号炉微油点火烟温图8) 机组正常启停机的影响分析氧化皮

20、是在锅炉运行中500°C高温时产生的，停炉后管壁温度由500多度下降到常温（启动是逆向过程），由于膨胀系数的不同，大的温差导致大的应力，导致氧化皮脱落。四、管理分析： 台电本次1号机组C修，前后历时40天，因为氧化皮问题多干了22天，氧化皮给我们上了很好的一课，我们也为此交了昂贵的“学费”。同时，在处理问题过程中我们也看到自己以前在思想认识和技术管理上存在诸多不足。 为了总结经验、吸取教训，本着“四不放过”的原则，我们进行了深入的学习、调研和分析，也制定了一些锅炉氧化皮防治的措施，在此与大家共享，希望能为国华公司氧化皮治理、锅炉防磨防爆工作做点贡献。思想认识方面： 技术管理及生产决策

21、人员对亚临界锅炉氧化皮认识有误区，警惕性不够。同类型机组氧化皮问题调研不深入，经验借鉴上没有完全掌握，预控措施未能收到预期的效果。目前同类型部分亚临界机组吴泾、宁海等出现了氧化皮的问题，元宝山、大唐盘山没有出现氧化皮问题，需进一步对同类型机组氧化皮问题控制、治理经验开展深入调研。 技术管理方面：l 滑停方式对锅炉危害风险评估不够；l 启动方式对锅炉危害风险评估不够；l 深度调峰对锅炉影响评估不够；l 微油点火对锅炉危害影响评估不够；l 受热面布置对锅炉运行风险评估不够；l 煤种变化没有引起重视。运行操作方面： 运行操作方面采取的防氧化皮经验不足，措施不完善；运行人员对氧化皮生成和脱落受温度变化

22、影响认识不深，机组启动、正常运行时锅炉减温水、温度控制等方面仍按正常方式操作；滑停过程在减温水控制、燃烧调整、汽温控制等方面的操作技能不足，减温水量控制不当。 采取了运行技术措施，但没收到效果。生产决策方面： 对氧化皮问题的严重性估计不足，敏感性不够，小修过程中决策失误，没进行部分换管及加装测点，致使多停机两周。五、防范措施：1、需要思想上高度重视l 锅炉氧化皮大面积脱落具有灾难性。l 清理两难， 根治困难，决策艰难。l 同类型上锅产亚临界锅炉有普遍性。 2、深入研究氧化皮生成和脱落的本质原因l 为什么300MW亚临界机组没有氧化皮？l 为什么运行15万小时，厚度0.3mm也没脱落？ l 为什么哈锅的元宝山、哈三、大唐盘山、平潍没有氧化皮？l 为什么同类型锅炉脱落位置确不同？l 是设计的问题？是材质的问题？运行控制的问题？南北差异？3、细化短期检修处理方案l 停机后利用透视、磁通量检查，堆积超标的割管处理。l