轉(zhuǎn)爐汽化煙道爆管分析及預(yù)防

沙 勇 張彭博

（歐薩斯能源環(huán)境設(shè)備（南京）有限公司，江蘇 南京 210058）

1 前言

轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)是冶金行業(yè)的重要設(shè)備，其安全穩(wěn)定運(yùn)行是保證轉(zhuǎn)爐穩(wěn)產(chǎn)、環(huán)保、節(jié)能的重要條件，在實(shí)際運(yùn)行過程中，水冷壁一旦發(fā)生爆管事故，輕則影響轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能，重則導(dǎo)致事故發(fā)生。國外某公司的轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)就發(fā)生過類似事故，其爐管材質(zhì)為SA-192， 規(guī)格：Φ38×5.5mm。汽化冷卻系統(tǒng)在運(yùn)行后不久，移動(dòng)罩受熱面爐管發(fā)生爆管事故。爆管的切割試樣如圖1和圖2所示。

事故發(fā)生后，該公司高度重視，立即組織相關(guān)人員對(duì)事故做了深入調(diào)查分析，找出了事故根源，并制定了相關(guān)措施，收到了很好效果。

2 爆管原因分析

針對(duì)本案例，本文從爆管的宏觀形貌、材料成分、機(jī)械性能、微觀組織、焊接過程、運(yùn)行環(huán)境（如水質(zhì)結(jié)垢、沖刷、腐蝕等）等方面進(jìn)行分析，以期找出事故的根結(jié)。

2.1 爆管的宏觀形貌

爆管處呈喇叭狀，管壁逐漸從厚減薄，爆口脹裂明顯，邊緣鋒利，呈撕裂狀，變形嚴(yán)重，內(nèi)壁光滑，破口有一層黑色氧化皮，有明顯塑性變形。

2.2 材料分析

在爆管所處的完好母材上用德國SPECTRO TEST TXC25移動(dòng)式光譜分析儀進(jìn)行成分檢測(cè)，分析結(jié)果見表1。由對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)要求，可以看出，管材化學(xué)成分符合SA-192/SA-192M 材料的要求。

表1 母材PMI 分析結(jié)果 %

表2 材料機(jī)械性能試驗(yàn)指標(biāo)

取爆管完好部位進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2。對(duì)比材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，可知，原材料機(jī)械性能符合SA-192/SA-192M材料的要求。本案例的移動(dòng)罩受熱面的設(shè)計(jì)最高運(yùn)行溫度330℃，工作壓力為5.4 MPa，而設(shè)計(jì)所選用的SA-192/SA-192M 材料在330℃條件下，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，利用插值法計(jì)算得到的許用應(yīng)力為90.12MPa，滿足轉(zhuǎn)爐汽化冷卻裝置的設(shè)計(jì)溫度和使用壓力。

通過表1及表2的數(shù)據(jù)，表明原材料符合設(shè)計(jì)要求，爆管與原材料無關(guān)。

2.3 焊接方面分析

本案例爆管所處位置均不在焊縫連接處，故爆管與焊接工藝無關(guān)。

2.4 金相檢測(cè)分析

對(duì)爆管試樣（即圖2所示試樣）和未變形完好的SA-192鋼管取樣，其顯微組織分別如圖3和圖4所示。圖3為爆管處的組織，其組織為片狀珠光體和鐵素體，部分鐵素體呈針狀向珠光體內(nèi)部生長，形成魏氏組織，為典型的過熱組織；圖4為未爆裂正常SA-192鋼管金相照片，組織為分布均勻的鐵素體和片狀珠光體，晶粒度達(dá)8.5級(jí)。

金相檢驗(yàn)結(jié)果表明，爆管處鋼管組織發(fā)生局部過熱，產(chǎn)生了塑性比較低的魏氏組織，使得該處鋼管變脆，延伸率降低。

圖1

圖2

圖3 爆管處試樣 200×

圖4 完好試樣 100×

2.5 結(jié)垢、沖刷及腐蝕方面分析

因本鍋爐開工時(shí)間很短，管子結(jié)垢、沖刷及腐蝕對(duì)管子爆管的影響比較小，從爆管實(shí)物也得到證實(shí)，管子內(nèi)部幾乎無垢，也沒有明顯的腐蝕。

2.6 爆管原因分析

通過上面的分析，我們基本可以排除材料、焊接、結(jié)構(gòu)及腐蝕因素引起爆管的可能性。

從設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行的情況知道，此汽化煙道使用不久就出現(xiàn)爆管，爆口邊緣鋒利，呈撕裂狀。我們知道，移動(dòng)罩是強(qiáng)制水循環(huán)冷卻，進(jìn)口集箱內(nèi)裝有拉蒙管，移動(dòng)罩受熱面小徑管內(nèi)部冷卻水是通過拉蒙管限流孔（口徑一般為Φ7.3mm）流入的。若拉蒙管孔堵塞，受熱面管子內(nèi)部水流量就會(huì)不足，甚至缺水，受熱面管子在溫度超過1600℃煙氣的環(huán)境下，接受到的熱量不能及時(shí)被冷卻水帶走，就會(huì)帶來兩種后果：一是管壁在高溫下受熱時(shí)間過長，鋼管組織發(fā)生過熱，產(chǎn)生魏氏組織，使得水管機(jī)械性能惡化，嚴(yán)重的情況下，鋼管會(huì)發(fā)生脫碳和過燒等現(xiàn)象；二是使得管壁內(nèi)的少量水汽或者空氣膨脹，壓力增大，在此溫度狀態(tài)下，當(dāng)管壁內(nèi)壓力大于管壁本身許用應(yīng)力時(shí)，就會(huì)發(fā)生爆管現(xiàn)象，造成設(shè)備事故。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)罩進(jìn)口集箱解剖圖

為此，對(duì)移動(dòng)罩進(jìn)口集箱內(nèi)部進(jìn)行了檢查。集箱割口后，檢查發(fā)現(xiàn)進(jìn)口集箱內(nèi)部比較臟，鐵銷、污物把拉蒙管孔幾乎堵塞，如圖5所示。

從現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)罩進(jìn)口集箱解剖的內(nèi)部情況，表明爆管的根本原因是移動(dòng)罩進(jìn)口集箱的拉蒙管孔被堵塞，使受熱面溫度急劇上升，超過了設(shè)計(jì)溫度330℃，由此最終導(dǎo)致了水管過熱，機(jī)械性能下降，鋼管被內(nèi)部氣體脹裂。爆管的宏觀形貌以及爆管的金相組織檢驗(yàn)結(jié)果也印證了這點(diǎn)。

3 處理及預(yù)防措施

3.1 對(duì)爆管的技術(shù)處理

對(duì)此轉(zhuǎn)爐汽化煙道，經(jīng)研究后，我們采取了下列處理措施：

（1）切開強(qiáng)制水循環(huán)系統(tǒng)的進(jìn)口集箱檢查孔管帽，進(jìn)行清潔檢查，確保無雜物。

（2）通過拉蒙管檢查孔，取出拉蒙管，并進(jìn)行徹底清洗。用絲堵封堵拉蒙管檢查孔，拉蒙管在煮爐后再安裝。

（3）按原制造WPS重新焊接集箱檢查孔管帽，焊后進(jìn)行100%射線檢測(cè)。

（4）對(duì)爆管及管子變形處進(jìn)行換管處理，用同樣規(guī)格的SA-192鋼管，按原制造WPS進(jìn)行焊接，換管長度不低于500mm，換管后進(jìn)行100%射線檢測(cè)。

（5）對(duì)轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)進(jìn)行整體水壓。

（6）水壓后，對(duì)轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)進(jìn)行煮爐處理，確保煮爐效果。

（7）煮爐后，用拉蒙管專用工具重新回裝拉蒙管。

（8）再一次用絲堵封堵拉蒙管檢查孔。

3.2 預(yù)防措施

針對(duì)轉(zhuǎn)爐汽化煙道爆管的原因，可以采取下列措施進(jìn)行預(yù)防：

（1）制造、安裝時(shí)，要嚴(yán)把材料關(guān)，嚴(yán)防用錯(cuò)材料。

（2）焊接要嚴(yán)格遵照WPS，焊接后按要求進(jìn)行檢測(cè)。

（3）由于灰黏結(jié)在表面粗糙物體上的可能性比黏結(jié)在表面光滑物體上的可能性要大得多，因此移動(dòng)罩受熱面上煙氣側(cè)對(duì)接焊縫須磨平并與母材圓滑過渡，盡量減少因管壁表面粗糟度對(duì)結(jié)焦的影響。

（4）為降低煙氣沖刷及腐蝕，可在移動(dòng)罩煙氣側(cè)管壁表面堆焊2mm厚的ERNiCrMo-3材料，實(shí)踐證明，效果比較理想，移動(dòng)罩的使用壽命大大增加。

（5）制造、安裝過程中，要嚴(yán)格仔細(xì)，切勿讓鐵屑、焊渣、氧化皮等污物進(jìn)入轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)。

（6）水壓后及時(shí)檢查集箱清潔度，確保無污物滯留堵塞拉蒙管。

（7）嚴(yán)格按要求控制鍋爐循環(huán)水質(zhì)，盡可能降低水質(zhì)在管子內(nèi)部結(jié)垢和腐蝕。

（8）煮爐一定要徹底，確保煮爐達(dá)到要求。

（9）精心操作，杜絕設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行。

結(jié)語

通過以上的檢驗(yàn)和分析，可以看出本案例中爆管的根本原因是，集箱內(nèi)部拉蒙管被污物堵塞，與被堵拉蒙管連接的受熱面管子內(nèi)部循環(huán)水供給不足，導(dǎo)致水冷壁管受熱不均，管壁得不到及時(shí)冷卻，短時(shí)急劇過熱，破壞了鋼管材料的高溫綜合機(jī)械性能，從而引起瞬間破裂。本文根據(jù)爆管產(chǎn)生的原因，提出的預(yù)防措施，在實(shí)際運(yùn)行中成功避免了此類事故的發(fā)生，確保了轉(zhuǎn)爐汽化煙道系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長期運(yùn)行。

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[2]ASME SECTION II Part D -2013，ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范[S].

[3]高慶坤，丁立波. 鍋爐運(yùn)行及事故處理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

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