鍋爐高溫受熱面氧化皮檢測新技術的應用

發布時間:2022-09-19 16:45:46 閱讀次數:18


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概述

如今大容量機組奧氏體材料如TP304H、TP347H、TP347HFG、Super304、HR3C等高等級鋼材在火力發電機組鍋爐高溫受熱面的不斷應用,管內壁在高溫下不可避免的被蒸氣氧化,進而形成一定厚度的氧化皮,因氧化皮和基材存在較大的膨脹系數差,在機組啟、停過程中氧化皮受應力作用剝落堵塞受熱面管。氧化皮剝落堵塞所造成的超溫爆管是一個世界公認的普遍性問題,已經成為影響鍋爐安全穩定運行的重要因素。


02


鍋爐高溫受熱面奧氏體不銹鋼

產生氧化皮的原因與危害


從熱力學角度來講,鍋爐管內壁產生蒸汽氧化現象是必然的,因為鐵與水反應生成Fe(OH)2,飽和后在一定溫度范圍轉化為Fe3O4在其表面形成Fe3O4氧化膜,并隨同有氫析出。


一般來說金屬溫度對氧化速度的影響最大,而蒸汽壓力的影響相對較小,且溫度對于不同鋼種蒸汽氧化速度的影響方向和程度也不盡相同。


在長期高溫運行過程中,奧氏體不銹鋼過熱器和再熱器管子內壁在高溫蒸汽的作用下會不斷氧化而形成連續的氧化皮,由于氧化皮的膨脹系數0.9*10-5與奧氏體不銹鋼基體金屬的線膨脹系數:2.1*10-5相比差別很大,溫度變化時二者的熱脹冷縮變形很不協調就會引起氧化皮破裂并從金屬表面剝離,因此在機組啟?;驕囟燃眲∽兓瘯r就更易引起管內氧化皮大面積剝落堵塞管子。


當然,不同管子受鍋爐熱偏差影響其內壁氧化皮剝落堆積程度也出現較大的差別。


據資料統計分析:亞臨界機組正常溫度運行(541℃),氧化物高峰期應在35000小時左右就會出現脫落堵塞管道;國內機組高峰期最早的在33000小時左右。超臨界機組正常溫度運行(571℃),氧化物高峰期應在15000小時左右就會出現脫落堵塞管道;且溫度越高,高溫氧化就會加速,氧化高峰期來得越早溫度越高,高溫氧化越快,容易造成氧化物運行中大面積快速脫落堵塞產生爆管。


目前國內已有許多機組相繼出現了鍋爐氧化皮剝落所導致的爆管、汽室部件嚴重吹損等事故,成為威脅機組運行可靠性的主要因素。其主原因是機組設計溫度高,再加上鍋爐受熱面熱偏差,使部分高溫受熱面管子金屬溫度水平偏高,必然導致高溫受熱面管內壁產生蒸汽氧化。生成的管內氧化皮(Fe3O4Fe2O3)在機組啟?;驀娝疁p溫過程中管壁金屬溫度變化所導致的熱應力的作用下發生剝落,在受熱面管下部彎管部位堆積或堵塞管子,造成鍋爐管子過熱損傷,縮短管子的使用壽命或爆管;或被蒸汽帶走造成聯箱節流孔堵塞、汽輪機通流部分吹損。


下圖為氧化皮的各種狀態及堵塞后形成爆管:


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預防氧化皮生成剝落的措施

目前預防機組高溫受熱面不銹鋼管內壁氧化皮層生成剝落,主要有兩個途徑:


一方面,在鍋爐運行管理上采取措施,采用合理的鍋爐汽水處理工況,控制金屬溫度水平,以降低氧化皮的總體生長速度,延長其發生剝落的運行時間,減少氧化皮的生成量。


加強運行調整,嚴防受熱面超溫。機組啟停機過程中嚴格控制受熱面溫度壓力的變化率,嚴禁停爐強制冷卻,同時盡量避免機組頻繁啟停,運行期間適當控制機組的負荷變化率,加強高溫受熱面熱偏差監視及調整,防止受熱面局部長期超溫運行,減緩氧化皮生成。過熱器、再熱器減溫水手動調整時應平穩操作,避免減溫水量大幅度變化導致過熱器、再熱器管壁溫度劇降引起氧化皮脫落。蒸汽吹灰器投用前應加強暖管和疏水,防止蒸汽帶水導致受熱面管子急速冷卻引起氧化皮剝落。


另一方面,利用專用檢測儀器及時定量快速檢測鍋爐高溫受熱面的氧化皮厚度及剝落堆積狀況,及時清理,防止造成管子內部流通面積減小使管子超溫過熱導致金屬快速老化,損傷使用壽命,乃至堵塞爆管。這種方法是在目前的技術條件下,解決鍋爐氧化皮剝落堵塞爆管的最為有效的技術手段。

04


新技術在氧化皮檢測中的應用

超臨界、超超臨界大容量鍋爐高溫受熱面氧化皮易堵部位主要發生在高溫過熱器、高溫再熱器管屏底部彎頭處,且汽流出口側彎頭處堆積量大于進口側,有焊縫及節流孔處、聯箱內也存在部分氧化皮堆積。


1. 氧化皮檢測儀在奧氏體不銹鋼管屏底部彎頭氧化皮檢測的應用:

 

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單臺大機組鍋爐高溫受熱面有幾千甚至上萬多個底部彎頭,如果全部采用X射線拍片檢測,其費用高、效率低、工期長,讓發電企業無法認可。


高溫過熱器、高溫再熱器管屏基本上是奧氏體鋼,由于奧氏體不銹鋼不是磁性材料,而管內產生的氧化皮則是磁性材料。采用剩磁法和提升力法是快速檢測奧氏體不銹鋼彎管內部氧化皮的一種新方法。


我公司研發的氧化皮及異物檢測儀器采用剩磁法和提升力法的原理可以方便快速檢測到奧氏體不銹鋼管屏底部彎頭內部的氧化皮堆積狀況,其費用低、速度快,結合數字射線檢測方法對超標管屏進行復檢,確定管內氧化皮堆積的具體情況。單臺超臨界受熱面氧化皮檢測可在一周完成,為發電企業縮短檢修工期,降低檢修成本,起到積極作用。


下圖為氧化皮檢測儀在檢修現場的使用:


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2. 冷陰極數字射線結合快速工裝在受熱面管屏底部彎頭氧化皮檢測的應用:


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冷陰極數字射線技術,被曝光量小,透照時間短,不需要訓機,冷卻等優點;無需外接電源,靠鋰電池便可拍攝上千張X光片;配合DR數字成像技術,能在幾秒內獲取檢測結果;適用氧化皮檢測儀檢測超標后復檢,確定管內氧化皮堆積的具體情況,為是否割管處理提供有效的底片依據。由于體積小、重量輕、攜帶方便,結合快速拆裝工裝、移動控制軌道,可快速完成對受限空間的受熱面管全屏底部彎頭氧化皮的檢測。


下圖為冷陰極數字射線及工裝在檢修現場的使用:


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3. 伸縮桿、抱式爬行器搭載氧化皮探頭在受熱面管屏氧化皮檢測的應用:

 

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伸縮桿、抱式爬行器搭載氧化皮檢測儀探頭,可完成對如再熱器管屏人員無法進入的狹小空間、高溫過熱器迎火面腳手架搭設困難區域、屏式過熱器、再熱器管屏遠端人員無法到達區域的氧化皮檢測工作。減少腳手架搭建的時間及成本,提高檢測效率,可做到因檢盡檢,保障檢測數據的全面完整。


下圖為伸縮桿、抱式爬行器及可使用區域:


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4. 聯箱專用機器人在氧化皮檢測的應用:


鍋爐啟停過程中部分氧化皮或異物通過氣流吹入聯箱與小管接口,或卡在節流孔處,是造成爆管的重要因素,采用聯箱專用機器人可對手孔內徑大于70mm的聯箱進行360°全景高清檢測,結合鏡頭升降功能可檢測內徑200-600mm的所有聯箱。并可清晰顯示小孔內部、節流孔氧化皮及異物堵塞情況。


下圖為聯箱機器人在檢測聯箱的應用:


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5. 管內壁氧化皮測厚儀在受熱面管屏氧化皮檢測的應用:


停爐檢修期間,可使用管內壁氧化皮測厚儀針對易生成氧化皮區域、超溫管屏直管段進行氧化皮測厚檢測,氧化皮厚度大于0.15mm,易出現剝落,應進行清理。


利用上述檢測技術我們可以做到早發現、早預防、早處理避免爆管停爐的事故發生。利用好每一次檢修期,做到逢停必檢,大修大檢(全面檢測),小修小檢(針對重點部位檢測),臨修臨檢(針對重點問題部位檢測)。













05



氧化皮檢出后處理措施

對于氧化皮檢測數據超標管子進行冷陰極射線復檢,對確定堆積厚度超標的管子進行割管清理。依據《DLT1324-2014鍋爐奧氏不銹鋼管內壁氧化物堆積磁性檢測技術導則》的規定:氧化物堆積量超過彎頭通流面積50%(即風險等級為Ⅲ級)的需要割管清理。


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割管前可使用橡膠錘對管排進行振打,使垂直管附著氧化皮掉落。管內氧化皮清理完成后使用小徑管內窺鏡進行內部檢查,確認內部潔凈無異物,經三級驗收后方可進行對口焊接,焊接后使用氧化皮檢測儀進行復檢,確保檢修質量。


對內壁氧化皮厚度超過0.1mm,厚度均勻,且沒有剝落的氧化皮采用對系統管內壁進行化學酸洗或使用內壁專用清理設備等方式處理。


06


結論及建議

切實做好過熱器、再熱器的逢停必檢工作。


正常停運時加強對高溫過熱器、再熱器進行氧化皮的監督檢查。利用檢測新技術對包括脹粗、變形、壁厚、外壁宏觀檢查、彎頭氧化皮堆積檢查,必要時應安排割管檢查。通過以上檢查,及時發現隱患并采取處理措施,防止其惡化引發嚴重后果。


建議結合每次檢測結果,進一步采取割管化學分析的方法,查明氧化皮生成規律,從優化溫度控制、爐水處理工況、機組起停方式等方面進行深入研究。


文章來源:鍋爐人




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