鍋爐爆管成因分析及處理措施

李林

（甘肅省安裝建設集團公司，甘肅　蘭州　730050）

鍋爐爆管成因分析及處理措施

李林

（甘肅省安裝建設集團公司，甘肅蘭州730050）

鍋爐是一種受壓設備，它經常處于高溫下運行，而且還受著煙氣中有害物質的侵蝕和飛灰的磨損，如果管理不嚴、使用不當就會發(fā)生鍋爐事故，嚴重時會發(fā)生破壞性事故，造成不可彌補的損失。因此，我們必須了解鍋爐運行時的安全操作步驟，以及各種事故的預防方法和應對措施。本論述主要分析了鍋爐爆管的原因，在探討原因的基礎上，對鍋爐爆管問題的產生、預防、處理進行研究，以期為今后鍋爐安全穩(wěn)定的運行和管理提供參考，降低爆管概率。

鍋爐；爆管；處理措施

1　鍋爐爆管的危害

在所有鍋爐事故中除鍋爐爆炸事故外鍋爐爆管事故就是最嚴重的事故，是最危險的事故之一。鍋爐爆管事故在實際運行中是一種較常見的事故，屢有發(fā)生，后果慘重。鍋爐運行的過程中，很多原因會導致鍋爐發(fā)生爆管，這種事故性質嚴重，需要停爐檢修，從而影響生產。如果爆管裂口較大，會損壞臨近的管壁，可使臨近的管壁噴射穿孔，破壞設備，沖塌爐墻，造成人員傷亡，并能在短時間內造成鍋爐嚴重缺水，使事故擴大。因此，為了盡量防止鍋爐運行過程中出現(xiàn)爆管的問題，應采取有效的措施來避免鍋爐出現(xiàn)爆管，保證鍋爐的有效運行。

2　金屬在長期高溫條件下組織的變化

金屬在長期高溫條件下工作，不但會發(fā)生蠕變、斷裂和應力松弛等形變過程，而且還會發(fā)生一些組織和性能的變化和其他損壞。這一點和室溫下使用的鋼材不同，在室溫條件下，鋼的組織和性能較穩(wěn)定，不隨時間而改變。

金屬（主要指的是鋼）在高溫下長期運行中發(fā)生的組織變化主要有：

2.1珠光體的球化和碳化物聚集長大

珠光體球化會使鋼的蠕變極限和持久強度下降。珠光體球化對鋼材的高溫機械性能影響是很大的，它會加快金屬在高溫下蠕變速度，加快鋼材的破壞。

2.2石墨化

滲碳體是一個不穩(wěn)定的化合物，它在適當?shù)臈l件下會發(fā)生分解而形成奧氏體和石墨或鐵素體和石墨。在正常室溫下，這一過程實際上是不進行的，但它隨著溫度的升高，而急劇加速。

石墨化將大大降低機械性能。石墨在基礎組織中可以認為是空洞和裂縫，所以大大削弱鋼材的機械性能，使鋼材的強度極限、工作韌性大大下降，從而使鋼材脆性增加。

2.3合金元素的重新分配

鋼材在長期高溫條件下，除了會發(fā)生珠光體球化和石墨化現(xiàn)象外，還會發(fā)生合金元素從固溶體中逐漸向碳化物擴散，使碳化物中的合金元素逐漸增多，引起合金元素的重新分配。

合金元素的重新分配，會使鋼材的高溫機械性能發(fā)生變化，從而使該材料在該溫度下強度極限降低約一半。

3　鍋爐爆管的原因分析

3.1鍋爐運行中操作不當，爐管受熱或冷卻不均勻，產生較大的應力

（1）冷爐進水時，水溫或上水速度不符合規(guī)定：啟動時，升溫升壓或升負荷速度過快；停爐時冷卻過快。（2）機組在啟?；蜃児r運行時，工作壓力周期變化導致機械應力周期性變化；同時，高溫蒸汽管道和部件由于溫度交變產生熱應力，兩者共同作用造成承壓部件發(fā)生疲勞破壞。

3.2結構不合理造成的水循環(huán)破壞

鍋爐設計、制造不良，水循環(huán)不好；在檢修時，管內被脫落的水垢堵塞；由于運行操作不當，使管外結焦，受熱不均勻，破壞了正常水循環(huán)。

因結構不良引起的爆管有以下特點：（1）由于對水處理工作不夠重視致使鍋爐水冷壁管壁溫度超過飽和溫度后，使壁面上產生氣泡，但管內溫度仍低于飽和溫度，氣泡在脫離壁面后被冷卻重新凝結而消失，周而復始，使水中的鹽析出，也就造成水垢不斷在管壁上形成，嚴重時幾乎把管堵死；（2）爆管多發(fā)生在鍋爐運行數(shù)百小時以內；（3）爆管前材料已有嚴重變形；（4）與爆管鄰近的爐管也可能有變形和承受高溫的跡象；（5）爆口處在水循環(huán)較弱的區(qū)域，爐管溫度達700℃以上，晶粒明顯脹粗。

3.3運行中，氣溫超限，使管子過熱，蠕變速度加快

超溫是指金屬超過額定溫度運行。超溫分為長期超溫和短期超溫，這是一個相對而言的概念，沒有嚴格時間限定。超溫是針對運行而言，過熱是針對爆管而言。過熱也分為長期過熱和短期過熱兩大類，長期過熱爆管是指金屬在應力和超溫溫度的長期作用下導致爆破，其溫度水平要比短期過熱的水平低很多，通常不超過鋼的臨界點溫度。短期過熱爆管是指，在短期內由于管子溫度升高在應力作用下爆破，其溫度水平較高，通常超過鋼的臨界點溫度，會導致金屬組織變化發(fā)生相變。

長期過熱是一個緩慢的過程，鍋爐運行中管子長期處于設計溫度以上而低于材料的下臨界溫度，逐漸發(fā)生碳化物球化、管壁氧化減薄，持久強度下降、蠕變速度加快而導致爆管。根據工作應力水平，長期過熱爆管可分為三類：高溫蠕變型、應力氧化裂紋型和氧化減薄型。高溫蠕變型、應力氧化裂紋型過熱爆管主要發(fā)生在過熱器中，氧化減薄型過熱爆管主要發(fā)生在再熱器中。長期過熱的主要原因包括熱偏差、熱力計算失誤、錯用鋼材及異物堵塞。

短期過熱是一個突發(fā)過程，運行中管子金屬溫度超過材料下臨界溫度，因內部介質壓力作用發(fā)生爆裂。短期過熱通常發(fā)生在水冷壁、過熱器和再熱器向火面。

3.4材質不合格

管材本身在制造過程中就存在質量問題，驗收和選用把關不嚴，使管束焊接質量不過關，造成爆管。管材的質量問題主要有：管壁薄厚不均勻且管壁上有裂紋，局部嚴重銹蝕且有機械損傷。

3.5安裝缺陷

鍋爐安裝的缺陷種類很多。造成爐管變形，泄露的缺陷主要有：爐管伸入聯(lián)箱內的長度過長；爐管和汽水分離器內有異物；水位計顯示虛假水位；爐管未焊透和爐管沒有熱脹冷縮以及管子安裝時有機械損傷。

3.6水質不良造成的水冷壁爆管問題

現(xiàn)象：輕微破裂，焊口泄露時，會發(fā)生蒸汽嘶嘶聲，給水流量略又增加；嚴重時，爆管處有明顯爆破聲和噴氣聲，爐膛負壓變正，給水流量不正常大于蒸汽流量。

爐水給水品質長期超標，水質不符合標準，沒有水處理措施或對給水和鍋水的水質監(jiān)管不嚴，使管內結垢或腐蝕，致使局部熱阻力增大而造成管壁過熱，強度降低。

（1）結垢增加熱阻，從而使管壁溫度增加，金屬強度降低；（2）結垢減少爐管流通截面積，增加流動阻力，降低循環(huán)有效壓頭，當結垢嚴重時甚至堵塞管道；（3）管材質量不合格，焊接質量不佳，或吹灰不當；（4）水冷壁管氧化及腐蝕，由于管內蒸汽流速很低，管子冷卻狀況極差，就會使管壁溫度大大提高，管子表面就全被氧化。同時管內蒸汽由于流速很小或停滯將產生蒸汽腐蝕，這就會造成管壁厚度減薄，強度降低。

4　發(fā)生鍋爐爆管事故的處理措施

當爆管不嚴重，水位計還能顯示爐水水位，同時爐水水位還能維持鍋爐運行，這時應降低負荷運行，啟動備用鍋爐后再關停故障爐。當水位計上已讀不到水位數(shù)值且爐水水位和汽壓已不能維持鍋爐運行時，應立即關停故障爐，這時爐膛溫度處于過高狀態(tài)，切不可急于補水，以免鍋爐發(fā)生爆炸。此時引風機應繼續(xù)運轉排煙降溫，等爐膛內煙氣和蒸汽排完后方可停機。若有數(shù)臺鍋爐并行運行時，應及時切斷蒸汽母管和故障鍋爐的連接。

5　鍋爐爆管的預防對策

5.1加強水質處理管理

加強水質處理管理，使水質符合GB1576-85（低壓鍋爐水質標準）。

5.2按鍋爐操作規(guī)程要求正確操作

鍋爐在點火、壓火時應按鍋爐操作規(guī)程要求正確操作，禁止先火燃燒起來才開循環(huán)泵，禁止先停循環(huán)泵再壓火。壓火過程中應進行檢查，防止火燃燒起來。一旦火燃燒起來，應立刻采取措施啟動循環(huán)泵進行循環(huán)，防止水冷壁管內水汽化。

5.3加強原材料檢測力度，杜絕不合格產品投入使用

從原材料開始控制金屬管質量，主要做法如下：（1）每批即將投入使用的金屬管，必須進行割管檢查是否存在分層結構、金屬內夾渣、金屬空洞等等；（2）檢查過程中假如出現(xiàn)上述問題，該批次金屬管全部進行抽樣檢查，并以報告形式上交檢查結果，由專門的部門負責處理；（3）金屬管供應商盡量選擇市場信譽高、有合作基礎的廠家合作，提高質量。

5.4定期檢查管束的變形、蠕脹和磨損

集中供熱的基本保障是鍋爐要長期運行，因此定期進行維檢是防止爆管的主要方法之一。維檢的主要內容是保證金屬管束和受熱面金屬組織的穩(wěn)定，防止出現(xiàn)過熱變形、蠕脹和磨損，同時應給受熱面安裝溫控報警裝置，一旦溫度超限系統(tǒng)就會自動報警，及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，以降低爆管率。

5.5處理好焊接問題

從以上分析中我們知道焊接是出現(xiàn)爆管問題主要原因之一，如何處理好焊接問題是降低爆管幾率的主要手段。（1）電弧電壓與焊接電流，對于不同的焊絲直徑及焊接電流，必須選取相匹配的電弧電壓，穩(wěn)定焊接過程中短路過渡過程，提高焊接質量；（2）掌控好焊接回路電感，短路電流增長速度把握十分重要，過小會導致焊絲爆斷而至電弧熄滅，出現(xiàn)焊瘤，過大會導致焊縫兩側吹邊；（3）控制焊接過程中金屬飛濺，金屬飛濺會導致焊接過程中出現(xiàn)較多雜質，影響焊接質量；（4）焊接方法不同，選擇不同保護氣體種類，合理匹配能夠提高焊接質量，杜絕焊縫存在超標氣孔、焊接部位含夾渣、焊瘤等問題出現(xiàn)。

5.6定期清理管道、省煤器中雜質

定期徹底清除管內積累的腐蝕物、積鹽等能有效提高管道運行效率，減少爆管情況出現(xiàn)。清理過程中要對清理部分進行反復沖洗，沖洗水溫度控制在94℃及以上，在沖洗第一遍時收集排污水樣并保存，交由有關部門做分析，可以得知管內具體情況，針對具體情況作出是否需要添加其他溶劑輔助處理。

5.7掌控好鍋爐內的汽溫變化

控制汽溫變化的方法有兩種：一是通過調整燃煤量來控制爐內汽溫的變化。當爐內負荷較小時，應調節(jié)磨煤機的出粉細度來處理解決。當負荷變動較大時，通過調節(jié)噴燃器的均衡度來解決；二是通過調整燃燒風量來控制爐內汽溫的變化。當負荷變化時，應適當增大過量空氣以利于煤粉的完全燃燒，但這會使煙氣流速加快，引風機耗電量增加，低溫段的磨損度也會上升，鍋爐運行的經濟性下降，因此，要嚴控鍋爐氧氣量的變化。

5.8加強鍋爐的運行管理和爐水水質的監(jiān)測

司爐人員要嚴格遵守鍋爐的操作規(guī)程，及時調整爐內負荷的強度，以防超限運行；及時進行燃燒調整使火焰中心不傾斜從而防止管壁嚴重超溫；嚴控磨煤機的運行狀態(tài)和煤粉細度以減少設備磨損；及時調整送風量以保證煤粉充分燃燒；加強爐水水質的化學監(jiān)測，從而保證水質合格；及時發(fā)現(xiàn)問題并處理從而降低非正常停爐事故，從而保證鍋爐的安全平穩(wěn)運行。

6　結束語

防止鍋爐爆管是一項非常復雜的系統(tǒng)工程，涉及到鍋爐的設計、制造、安裝、檢修、運行和停爐期間的保養(yǎng)等多個環(huán)節(jié)，不論哪一環(huán)節(jié)失控，均有可能造成爆管事故。因此，對鍋爐爆管的原因進行歸類和總結，加大爐內管道防磨防爆檢查力度，完善獎懲機制，激發(fā)檢查人員的積極性、主動性；積極開發(fā)和利用鍋爐的在線監(jiān)測系統(tǒng)和壽命評估系統(tǒng)，充分利用計算機為爐管檢修的科學決策提供依據；對設計不合理的爐體結合機組檢修進行技術改造，加強運行調整，完善運行管理制度，嚴禁超溫運行，這樣才能夠保證鍋爐爆管的事故不再出現(xiàn)。

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TK227

A

10.3969/j.issn.1672-6375.2016.07.012

2016-4-26

李林（1968-），男，漢族，山東武城人，大學本科，工程師，主要從事建筑安裝施工技術工作。