1、设备概况

    发电厂1号锅炉为高温锅炉，该炉从上次大修后投运截止2012年7月6日连续运行时间累计252天。炉膛四角布置燃烧器，逆时针切圆燃烧。屏式过热器每屏由24根管子组成u型管屏，由两个外保护圈和前后分布的两个内圈(每个内圈由11根管子)组成，共计12屏，材质为12CrlMoV，规格为中Φ42×5，入口蒸汽温度340℃，出口蒸汽温度438.4℃，烟气出／入口温度为1011℃／1214℃，过热蒸汽流程为：蒸汽由低温过热器出来后经一级减温器喷水减温后进入屏式过热器，再进入对流过热器冷段、二级减温器、对流过热器热段、集汽集箱。2004
年机组大修时屏过下弯头全部更换(从距炉顶棚3米左右处)，至本次停炉前累计运行5万余小时。

2、事故经过

    2012年7月6日8时30分，运行人员在巡检中发现受热面靠近水冷壁折焰角附近有漏泄声，经确认后，当日13时25分经调度同意开始停炉，13时30分1号发电机解列。经检查更换所有受损管段后，于7月8日14时20分点火投入运行。

3、试验分析

1）宏观检查

    事故停炉后检查发现屏式过热器第五屏管排存在错排现象，在其偏炉后内圈前向后数第1根下部弯头起弧点附近中轴线处有一纵向裂纹，导致管子发生泄漏，同时泄漏蒸汽吹漏了同一屏相邻管排两个弯头，吹伤了同一屏外保护圈弯头的内弧表面，导致其侧下方折焰角处水冷壁管段漏泄，漏泄部位从甲向乙数第45根向火面的上折管直管段处。
    屏式过热器爆口特征：裂纹长度为82mm，最宽处为1.5mm，管子略微胀粗(2.3％)，裂纹边缘较厚、尺寸较小，裂纹附近氧化皮最厚处约为1.2mm，向火面内壁有纵向相互平行裂纹，向火面外壁有众多纵向小裂纹，弯头背弧中心两处5×5 mm区域存在横向小裂纹，最长达3mm，呈典型的长期过热特征。

2)屏式过热器爆口厚度测量

    起弧点：5.0mm，距起弧点附近(弯制变形区)：4.2mm，弯头背弧中心：4.2mm，落弧点：5.0m，直管段5.2mm。

3)屏式过热器化学成分分析

    管材化学成分经分析符合国家标准C,B5310—95。

4)微观组织分析

对爆破管爆口处、远离爆口处向火面和背火面进行了微观分析，以确定管子微观组织变化情况。

图2～3为爆口处背火面组织。可见，爆口处背火面组织为铁素体+珠光体+碳化物，球化3～4级，在背火面内壁存在腐蚀坑。


图4～5为爆口处向火面微观组织照片，由图可见，爆口处的向火面组织为铁索体+珠光体+碳化物，球化4级，微观组织中存在沿晶裂纹、单个孔洞及链状孔洞，且孔洞具有一定的方向性。在裂纹尖端处可以看到，黑色部分为沿晶裂纹，灰色部分为氧化物，裂纹中氧化层的存在，说明这种裂纹是长期处于高温下逐步扩展形成的，即随着裂纹发展的同时，在裂纹内壁上生成了氧化物。

图6～7分别为远离爆口处向火面外壁和向火面内壁组织。远离爆口处管壁的微观组织为铁索体+珠光体+碳化物，球化3～4级，向火面外壁存在晶间腐蚀，深度为l～3／2个晶粒，向火面内壁有腐蚀坑，腐蚀坑根部尖锐。

    总体来看，屏式过热器在长期高温、应力作用下，管子的组织发生了变化，珠光体内的碳化物逐渐球化并向晶界转移，尽管球化虽未达到完全球化和碳化物聚集等蠕变后期的组织特征，但己在管子内外壁局部产生晶间裂纹，并有蠕变孔洞形成，说明管子的抗氧化、腐蚀能力有所降低。

5）运行资料分析

    查看运行记录发现，安装在炉外屏式过热器的壁温测点最高温度达到446℃，按照安装试验数据，炉内、外管壁温度相差50-80℃，可以估计炉内管壁最高温度约为496℃～526℃，而运行规程规定管壁最高温度480℃，显然该管段在运行中存在超温现象。

    综上所述，爆管过程可以认为是：随着超温运行时间的增加，管子发生胀粗现象，慢慢产生晶问小裂纹，即在与主应力(过热蒸汽内压力所造成的切向应力)方向垂直的晶界(三晶粒交界处)产生蠕变孔洞、链状蠕变孔洞、沿晶蠕变裂纹，在持续的蠕变过程中，这些裂纹扩展、聚集成大裂纹，并最终成为管壁上肉眼可见的宏观纵向裂纹，同时在管子发生蠕变过程时，也会发生组织的球化，导致金属材料的蠕变极限和高温持久强度下降，加剧了管子在运行过程中的蠕变速度；另外，在弯头部位起弧点附近壁厚较薄，晶粒有拉伸痕迹，说明管子在弯制时管壁变形较大，此处相对其它部位残余应力偏高，属薄弱管段。因此，超温运行的管子随着运行时间的增加，在应力和温度的作用下，最终在其薄弱点首先产生蠕变开裂并造成泄漏。

4、结论

    该次爆管性质为长期过热爆管，主因是管壁存在局部超温现象，超温引起管子组织老化，管子内产生蠕变孔洞及裂纹等缺陷，最终造成泄漏爆管。
管壁超温原因可能有以下几点：

1）减温水使用不当

    屏式过热器出口段汽温正常温度为438.4℃，运行中，往往只考虑主汽温度的调整，通过调整二级减温水来控制主汽超温问题，只有在二级减温水量不够时才使用一级减温水，这种操作方式忽视了一级减温到二级减温之间的超温现象，易引起屏式过热器的超温。

2）燃烧方式的影响

    若制粉系统细粉分离器分离效率差，易导致三次风含粉量大、煤粉颗粒粗，炉膛内火焰伸长，则火焰中心上移，炉膛出口温度升高，使得屏过偏炉前区域的烟气温度升高，导致屏式过热器个别部位超温运行。

3）管子变形

    停炉检查中发现屏式过热器管部分管卡烧损变形，管排错乱，则“出列”的管段受到的辐射热大大高于原设计参数，发生超温现象。

5、防范措施

1）改善煤质、调整燃烧状况，在保证主汽参数的情况下，合理配风，维持火焰中心在合适的高度。这样既可降低屏式过热器区域的烟气温度，又可降低飞灰可燃物的含量。

2）确保屏式过热器管排处于同一平面上，对运行中出现的“出列”管子及时更换处理，考虑更换屏式过热器管夹，或将外保护圈更换为”管夹管”式，防止管夹烧损，管屏错排。

3）改变屏式过热器管材。将屏过热器的12CrlMoY管子(使用温度570℃)更换为更高温度等级的管子。全面检查屏式过热器下弯头，重点检查管壁胀粗、高温腐蚀情况，对超标管段更换。

4）加强运行管理，加强壁温测点监控，测出不同工况、不同煤种情况下的实际炉内壁温与炉外测点以及蒸汽温度、烟气温度的对应值，以监视由于燃烧偏斜而引起的个别管子超温。考虑当在屏过炉外壁温测点温度超过430℃时投一级减温水，消除一减到二减之间可能存在的超温现象。