140t干熄焦鍋爐系統(tǒng)的爆管與處理

尹更新

摘 要：結(jié)合唐山中潤(rùn)煤化工有限公司干熄焦余熱鍋爐的運(yùn)行情況及國內(nèi)干熄焦鍋爐爆管的原因進(jìn)行技術(shù)分析，得出干熄焦余熱鍋爐爆管的主要原因，對(duì)故障檢維修處理方法進(jìn)行探討，同時(shí)制定預(yù)防措施，降低鍋爐爆管的發(fā)生率。

關(guān)鍵詞：干熄焦鍋爐；過熱器；蒸發(fā)器；爆管；技術(shù)分析；預(yù)防措施

干熄焦鍋爐是一種余熱鍋爐，是干熄焦系統(tǒng)的重要組成部分。干熄焦系統(tǒng)流程：惰性循環(huán)氣體（主要是N2）通過循環(huán)風(fēng)機(jī)送入熱管換熱器冷卻至130℃進(jìn)入干熄爐與焦炭進(jìn)行熱交換后高溫惰性氣體880～960℃經(jīng)過一次除塵器分離粗顆粒焦粉，進(jìn)入干熄焦鍋爐進(jìn)行熱交換，溫度降至約160℃后進(jìn)入二次除塵器進(jìn)一步分離細(xì)顆粒焦粉，最后返回循環(huán)風(fēng)機(jī)，從而完成了一次循環(huán)。干熄鍋爐產(chǎn)生的蒸汽被送往汽輪機(jī)發(fā)電。干熄焦鍋爐是能源轉(zhuǎn)化與回收的中心，是保證干熄爐穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。

唐山中潤(rùn)公司煉焦分廠設(shè)置有兩座處理量為140t/h的干熄焦裝置，配有兩套高溫高壓余熱鍋爐，額定蒸汽壓力10.3MPa，額定蒸汽溫度為540℃，自然循環(huán)，爐膛型式為膜式水冷壁。干熄焦鍋爐發(fā)生爆管時(shí)水蒸氣與干熄爐內(nèi)紅焦炭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的CO、H2，當(dāng)可燃?xì)怏w含量達(dá)到爆炸極限時(shí)會(huì)有爆燃的可能，危機(jī)設(shè)備、人身安全和生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1 鍋爐爆管的發(fā)生與處理

2011年12月某日12時(shí)37分，煉焦分廠1#干熄爐預(yù)存室、鍋爐入口壓力波動(dòng)較大，同時(shí)循環(huán)氣體H2、CO含量明顯上升且速度較快，蒸汽量下降明顯，初步判斷為鍋爐爆管，于12時(shí)45分停循環(huán)風(fēng)機(jī)，開啟一次除塵器緊急放散。當(dāng)鍋爐壓力降至可控范圍后，開啟循環(huán)風(fēng)機(jī)，通過導(dǎo)入氮?dú)饪刂瓶扇細(xì)怏w含量，逐步降低干熄爐料位，降低鍋爐負(fù)荷。

停爐后對(duì)鍋爐進(jìn)行了整體檢查，二次過熱器爐管表面磨損嚴(yán)重，且在爐管表面發(fā)現(xiàn)一漏點(diǎn)，經(jīng)過管道壁厚測(cè)量，磨損量均在2mm左右（設(shè)計(jì)厚度5.3mm含噴涂層）。

雖然二次過熱器整體磨損嚴(yán)重，但由于多種因素制約不具備整體更換條件，故進(jìn)行臨時(shí)處理。根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)管壁最薄的的四根過熱管束進(jìn)行封堵，對(duì)其余磨損嚴(yán)重的管道表面加蓋不銹鋼防護(hù)板（材質(zhì)：0Cr23Ni13），保護(hù)爐管上管面，降低磨損。

2 鍋爐爐管破損爆裂的原因分析

2011年底至2012年初干熄焦鍋爐二次過熱器發(fā)生多次爆管故障，主要原因?yàn)?011年兩座干熄焦除塵裝置擋墻坍塌，大顆粒焦粉進(jìn)入鍋爐爐膛，加大爐管沖刷，導(dǎo)致二次過熱器上管面失效。

造成干熄焦鍋爐爐管破損爆裂的原因很多，有鍋爐設(shè)備本身和生產(chǎn)操作不當(dāng)?shù)仍?，也有外部因素的作用，主要有以下幾個(gè)方面：（1）鍋爐爐管在制造、焊接、安裝或者酸洗中存在缺陷，經(jīng)受不住干熄焦生產(chǎn)的正常波動(dòng)而磨損；（2）鍋爐爐水水質(zhì)不良，造成爐管管壁結(jié)垢后受熱超溫而破損或鍋爐給水溶解氧長(zhǎng)期超標(biāo)，對(duì)鍋爐低溫區(qū)產(chǎn)生氧腐蝕而造成爐管破損；（3）循環(huán)氣體的高溫腐蝕、夾帶焦粉對(duì)爐管磨損使其強(qiáng)度下降而破損；（4）鍋爐系統(tǒng)頻繁啟停，鍋爐爐管斷水或局部水循環(huán)不良；（5）鍋爐入口溫度過高，溫度波動(dòng)頻繁且范圍大；鍋爐出口循環(huán)氣體長(zhǎng)期處于低溫狀態(tài)，造成鍋爐下部省煤器爐管因低溫腐蝕而破損；（6）鍋爐爐管表面存在脫落的澆注料、遺留鐵器等雜物，造成爐管局部過熱，導(dǎo)致爐管破損。

通過對(duì)中潤(rùn)公司干熄鍋爐幾年來運(yùn)行情況的總結(jié)，循環(huán)氣體夾雜的熾熱焦粉對(duì)二次過熱器上層管面的沖刷磨損較為嚴(yán)重，為了延長(zhǎng)爐管的使用壽命，中潤(rùn)公司于年修期間在二次過熱器上層爐管表面鋪設(shè)一層（材質(zhì)309S）防護(hù)罩（圖1）。在保證循環(huán)氣體流通截面積基本不變的情況下，有效降低了焦粉對(duì)爐管表面的沖刷。

為了減少高溫?zé)煔獾摹皽u流回旋”的沖刷磨損，年修期間對(duì)整個(gè)爐膛進(jìn)行了清理，防止?fàn)t管局部過熱，同時(shí)降低阻力，盡量保證循環(huán)風(fēng)量在整個(gè)爐膛內(nèi)均布。中潤(rùn)公司干熄焦鍋爐過熱器爐管材質(zhì)為12Cr1MoV為珠光體耐熱合金鋼，在恒溫、恒應(yīng)力下有金屬蠕變變形，高溫下鋼的力學(xué)性能隨溫度及載荷持續(xù)時(shí)間而變化，高溫下鋼的組織結(jié)構(gòu)常會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，耐熱鋼在長(zhǎng)期超溫下會(huì)導(dǎo)致碳化物的聚集與長(zhǎng)大、再結(jié)晶，固溶體及碳化物中的金屬元素重新分布。這些內(nèi)部組織的變化導(dǎo)致爐管高溫力學(xué)性能下降、蠕變速度加快、失效加快，往往造成管子蠕脹及爆破。溫度越高，蠕變變形越快。

圖2為典型蠕變曲線，Ⅰ階段為蠕變初始階段，蠕變速度隨時(shí)間的增加而逐漸減少；Ⅱ階段是蠕變的穩(wěn)定階段，蠕變速度基本不變；Ⅲ階段蠕變加速進(jìn)行，直到失效為止。

不同材料在不同條件下得到的蠕變曲線不同，同一種材料的蠕變曲線也隨著應(yīng)力和溫度的不同而異，但蠕變的三個(gè)階段的特點(diǎn)仍然保持，而各個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間則有了很大的改變。當(dāng)減小應(yīng)力或降低溫度時(shí)，蠕變的第Ⅱ階段增長(zhǎng)，甚至第三階段不可能發(fā)生；當(dāng)增加應(yīng)力或升高溫度時(shí)，蠕變的第Ⅱ階段隨之縮短，甚至幾乎沒有，只有第Ⅰ階段和第Ⅲ階段，材料將在很短時(shí)間內(nèi)失效。

蠕變可以在單一應(yīng)力，也可以在復(fù)合應(yīng)力下產(chǎn)生，工藝參數(shù)的波動(dòng)，導(dǎo)致爐管在生產(chǎn)過程中承受的是復(fù)合應(yīng)力，蠕變加疲勞，蠕變拉伸加扭轉(zhuǎn)等等的復(fù)合蠕變。進(jìn)而生產(chǎn)過程中，鍋爐運(yùn)行期間各個(gè)參數(shù)合理、穩(wěn)定是保證鍋爐良好運(yùn)行的先決條件。

3 結(jié)束語

針對(duì)國內(nèi)外干熄焦鍋爐爆管的主要原因：焦粉的沖刷磨損；運(yùn)行工況的不穩(wěn)定；水質(zhì)不良，溶解氧超標(biāo)等；可知，加強(qiáng)整套干熄焦裝置的運(yùn)行管理，規(guī)范操作，保證其良性穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，是降低干熄焦鍋爐爆管，確保其安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。

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