鍋爐高溫受熱面氧化皮檢測新技術(shù)的應(yīng)用
發(fā)布時間：2022-09-28 查看次數(shù)：1068
01
概述
如今大容量機(jī)組奧氏體材料如TP304H、TP347H、TP347HFG、Super304、HR3C等高等級鋼材在火力發(fā)電機(jī)組鍋爐高溫受熱面的不斷應(yīng)用，管內(nèi)壁在高溫下不可避免的被蒸氣氧化，進(jìn)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(shù)差，在機(jī)組啟、停過程中氧化皮受應(yīng)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(rèn)的普遍性問題，已經(jīng)成為影響鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。
02
鍋爐高溫受熱面奧氏體不銹鋼
產(chǎn)生氧化皮的原因與危害
從熱力學(xué)角度來講，鍋爐管內(nèi)壁產(chǎn)生蒸汽氧化現(xiàn)象是必然的，因?yàn)殍F與水反應(yīng)生成Fe(OH)2，飽和后在一定溫度范圍轉(zhuǎn)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(yùn)行過程中，奧氏體不銹鋼過熱器和再熱器管子內(nèi)壁在高溫蒸汽的作用下會不斷氧化而形成連續(xù)的氧化皮，由于氧化皮的膨脹系數(shù)0.9*10-5與奧氏體不銹鋼基體金屬的線膨脹系數(shù)：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(xié)調(diào)就會引起氧化皮破裂并從金屬表面剝離，因此在機(jī)組啟?；驕囟燃眲∽兓瘯r就更易引起管內(nèi)氧化皮大面積剝落堵塞管子。
當(dāng)然，不同管子受鍋爐熱偏差影響其內(nèi)壁氧化皮剝落堆積程度也出現(xiàn)較大的差別。
據(jù)資料統(tǒng)計(jì)分析：亞臨界機(jī)組正常溫度運(yùn)行(541℃)，氧化物高峰期應(yīng)在35000小時左右就會出現(xiàn)脫落堵塞管道；國內(nèi)機(jī)組高峰期最早的在33000小時左右。超臨界機(jī)組正常溫度運(yùn)行(571℃)，氧化物高峰期應(yīng)在15000小時左右就會出現(xiàn)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(yùn)行中大面積快速脫落堵塞產(chǎn)生爆管。
目前國內(nèi)已有許多機(jī)組相繼出現(xiàn)了鍋爐氧化皮剝落所導(dǎo)致的爆管、汽室部件嚴(yán)重吹損等事故，成為威脅機(jī)組運(yùn)行可靠性的主要因素。其主原因是機(jī)組設(shè)計(jì)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(dǎo)致高溫受熱面管內(nèi)壁產(chǎn)生蒸汽氧化。生成的管內(nèi)氧化皮(Fe3O4和Fe2O3)在機(jī)組啟停或噴水減溫過程中管壁金屬溫度變化所導(dǎo)致的熱應(yīng)力的作用下發(fā)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(lián)箱節(jié)流孔堵塞、汽輪機(jī)通流部分吹損。
下圖為氧化皮的各種狀態(tài)及堵塞后形成爆管：
03
預(yù)防氧化皮生成剝落的措施
目前預(yù)防機(jī)組高溫受熱面不銹鋼管內(nèi)壁氧化皮層生成剝落，主要有兩個途徑：
一方面，在鍋爐運(yùn)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(fā)生剝落的運(yùn)行時間，減少氧化皮的生成量。
加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整，嚴(yán)防受熱面超溫。機(jī)組啟停機(jī)過程中嚴(yán)格控制受熱面溫度壓力的變化率，嚴(yán)禁停爐強(qiáng)制冷卻，同時盡量避免機(jī)組頻繁啟停，運(yùn)行期間適當(dāng)控制機(jī)組的負(fù)荷變化率，加強(qiáng)高溫受熱面熱偏差監(jiān)視及調(diào)整，防止受熱面局部長期超溫運(yùn)行，減緩氧化皮生成。過熱器、再熱器減溫水手動調(diào)整時應(yīng)平穩(wěn)操作，避免減溫水量大幅度變化導(dǎo)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(yīng)加強(qiáng)暖管和疏水，防止蒸汽帶水導(dǎo)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(nèi)部流通面積減小使管子超溫過熱導(dǎo)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(shù)條件下，解決鍋爐氧化皮剝落堵塞爆管的最為有效的技術(shù)手段。
04
新技術(shù)在氧化皮檢測中的應(yīng)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(fā)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(cè)彎頭處堆積量大于進(jìn)口側(cè)，有焊縫及節(jié)流孔處、聯(lián)箱內(nèi)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(yīng)用：
單臺大機(jī)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(fèi)用高、效率低、工期長，讓發(fā)電企業(yè)無法認(rèn)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(nèi)產(chǎn)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(nèi)部氧化皮的一種新方法。
我公司研發(fā)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(nèi)部的氧化皮堆積狀況，其費(fèi)用低、速度快，結(jié)合數(shù)字射線檢測方法對超標(biāo)管屏進(jìn)行復(fù)檢，確定管內(nèi)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(fā)電企業(yè)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(xiàn)場的使用：
2. 冷陰極數(shù)字射線結(jié)合快速工裝在受熱面管屏底部彎頭氧化皮檢測的應(yīng)用：
冷陰極數(shù)字射線技術(shù)，被曝光量小，透照時間短，不需要訓(xùn)機(jī)，冷卻等優(yōu)點(diǎn)；無需外接電源，靠鋰電池便可拍攝上千張X光片；配合DR數(shù)字成像技術(shù)，能在幾秒內(nèi)獲取檢測結(jié)果；適用氧化皮檢測儀檢測超標(biāo)后復(fù)檢，確定管內(nèi)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(jù)。由于體積小、重量輕、攜帶方便，結(jié)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(shù)字射線及工裝在檢修現(xiàn)場的使用：
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(yīng)用：
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(jìn)入的狹小空間、高溫過熱器迎火面腳手架搭設(shè)困難區(qū)域、屏式過熱器、再熱器管屏遠(yuǎn)端人員無法到達(dá)區(qū)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(shù)據(jù)的全面完整。
下圖為伸縮桿、抱式爬行器及可使用區(qū)域：
4. 聯(lián)箱專用機(jī)器人在氧化皮檢測的應(yīng)用：
鍋爐啟停過程中部分氧化皮或異物通過氣流吹入聯(lián)箱與小管接口，或卡在節(jié)流孔處，是造成爆管的重要因素，采用聯(lián)箱專用機(jī)器人可對手孔內(nèi)徑大于70mm的聯(lián)箱進(jìn)行360°全景高清檢測，結(jié)合鏡頭升降功能可檢測內(nèi)徑200-600mm的所有聯(lián)箱。并可清晰顯示小孔內(nèi)部、節(jié)流孔氧化皮及異物堵塞情況。
下圖為聯(lián)箱機(jī)器人在檢測聯(lián)箱的應(yīng)用：
5. 管內(nèi)壁氧化皮測厚儀在受熱面管屏氧化皮檢測的應(yīng)用：
停爐檢修期間，可使用管內(nèi)壁氧化皮測厚儀針對易生成氧化皮區(qū)域、超溫管屏直管段進(jìn)行氧化皮測厚檢測，氧化皮厚度大于0.15mm，易出現(xiàn)剝落，應(yīng)進(jìn)行清理。
利用上述檢測技術(shù)我們可以做到早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防、早處理避免爆管停爐的事故發(fā)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(diǎn)部位檢測)，臨修臨檢(針對重點(diǎn)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(shù)據(jù)超標(biāo)管子進(jìn)行冷陰極射線復(fù)檢，對確定堆積厚度超標(biāo)的管子進(jìn)行割管清理。依據(jù)《DLT1324-2014鍋爐奧氏不銹鋼管內(nèi)壁氧化物堆積磁性檢測技術(shù)導(dǎo)則》的規(guī)定：氧化物堆積量超過彎頭通流面積50%（即風(fēng)險等級為Ⅲ級）的需要割管清理。
割管前可使用橡膠錘對管排進(jìn)行振打，使垂直管附著氧化皮掉落。管內(nèi)氧化皮清理完成后使用小徑管內(nèi)窺鏡進(jìn)行內(nèi)部檢查，確認(rèn)內(nèi)部潔凈無異物，經(jīng)三級驗(yàn)收后方可進(jìn)行對口焊接，焊接后使用氧化皮檢測儀進(jìn)行復(fù)檢，確保檢修質(zhì)量。
對內(nèi)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(tǒng)管內(nèi)壁進(jìn)行化學(xué)酸洗或使用內(nèi)壁專用清理設(shè)備等方式處理。
06
結(jié)論及建議
切實(shí)做好過熱器、再熱器的逢停必檢工作。
鍋爐正常停運(yùn)時加強(qiáng)對高溫過熱器、再熱器進(jìn)行氧化皮的監(jiān)督檢查。利用檢測新技術(shù)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(yīng)安排割管檢查。通過以上檢查，及時發(fā)現(xiàn)隱患并采取處理措施，防止其惡化引發(fā)嚴(yán)重后果。
建議結(jié)合每次檢測結(jié)果，進(jìn)一步采取割管化學(xué)分析的方法，查明氧化皮生成規(guī)律，從優(yōu)化溫度控制、爐水處理工況、機(jī)組起停方式等方面進(jìn)行深入研究。
文章來源：鍋爐人
