淺析電站鍋爐過熱器管失效的原因

鄭偉

摘 要 本文通過對大型火力發(fā)電廠的過熱器失效問題進(jìn)行深入研究，系統(tǒng)地分析了過熱器管道失效的原因。電站鍋爐過熱器管道爆管是各種因素綜合作用的結(jié)果，研究過熱器管道失效的原因已經(jīng)成為提高火力發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵性方向之一。

關(guān)鍵詞 爆管；過熱器；電站鍋爐

中圖分類號 TK2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）16-0067-02

1 概述

鍋爐作為熱交換設(shè)備的一種，本身具有泄漏、爆炸的危險，會造成重大安全事故。各國現(xiàn)有的制度表明，很多發(fā)達(dá)國家都有較為完善的法規(guī)體系進(jìn)行管理和規(guī)范。作為鍋爐檢驗檢測重要技術(shù)支撐的鍋爐壓力容器安全檢測部門，在過熱器管道失效機(jī)理的研究上應(yīng)有一個更深入的探究。加強(qiáng)電站鍋爐過熱器爆管機(jī)理的研究，是鍋檢部門提升服務(wù)能力和技術(shù)把關(guān)的有效措施，對大型電站鍋爐的安全規(guī)范運(yùn)行有著深遠(yuǎn)的影響，具有重大的意義。

2 過熱器管道失效的原因分析

現(xiàn)有的研究成果表面，電站鍋爐過熱器管道失效的原因有很多。除管道長期過熱外，受熱面管也會因為高溫腐蝕、高溫氧化、焊接質(zhì)量差和介質(zhì)磨損等因素而失效。研究表明：在燃料中如果含有較多S及堿金屬R（K、Na）時，壁溫高于600℃的情況下，高溫腐蝕的問題就會相當(dāng)突出，腐蝕一般都是在有結(jié)灰或者結(jié)渣的管道壁面上發(fā)生的。

2.1 設(shè)計的缺陷

鍋爐設(shè)計上的缺陷是過熱器管道失效的根源，總會有一些管道在實際工作中壁溫接近管子材料的允許工作溫度，很容易造成管路過熱。

1）熱力計算結(jié)果不準(zhǔn)確。熱力計算不準(zhǔn)確，其原因在于如何較合理的從理論計算上，能夠確定爐膛的出口煙氣溫度。而且在確定過熱器管道的傳熱系數(shù)方面也缺乏很多經(jīng)驗，致使管道的布置不夠合理，從而造成了蒸汽溫度較高或者受熱管道超溫。

2）設(shè)計時選用系數(shù)不合理。例如，某電廠采用的“W”型鍋爐，就是因為采用了不恰當(dāng)?shù)膫鳠嵯禂?shù)，致使?fàn)t膛的實際出口煙氣溫度比設(shè)計溫度高將近100℃。

3）爐膛設(shè)計尺寸不當(dāng)。我國早期的一些大容量的電站鍋爐，不僅在設(shè)計上缺乏選擇爐膛尺寸的依據(jù)，而且在計算方法上也存在較多問題，因此設(shè)計的爐膛無法適應(yīng)多種煤種。假如爐膛設(shè)計出的高度比較高，會使蒸汽溫度降低。反之，爐膛所采用的高度較低則會引起過熱器的溫度偏高。

4）電站鍋爐過熱器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計不恰當(dāng)根據(jù)大量的研究發(fā)現(xiàn)，過熱器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理是導(dǎo)致管路超溫失效或者蒸汽溫度與設(shè)計值不符的主要原因之一。其不合理性主要有以下3個方面。（1）在實際工作過程中，蒸汽壓力變化較大造成流量差異較大，是因為受熱管進(jìn)出口集箱引入、引出時布置方式不合理。（2）因為并聯(lián)的各受熱管的管長、彎頭數(shù)之間存在差值，所以各管道之間的阻力系數(shù)存在較大的差值，從而會造成較大的熱偏差、流量偏差等。（3）相鄰級的過熱器之間未進(jìn)行左右相互交叉，或者采用直接相連的方式，這樣就會使不同級之間的熱偏差疊加起來。在火力發(fā)電廠實際工作的過程中，上述過熱器結(jié)構(gòu)布置的不恰當(dāng)一般是集中情況同時存在，因此又大大增加了管路之間爆管發(fā)生的可能性。

5）材質(zhì)選用不合理。在對過熱器受熱管道進(jìn)行溫度計算時，應(yīng)使管道在最極端工況處的工作溫度不會超過所使用材料的許用溫度。但是在設(shè)計、計算的過程中，由于對以上幾種偏差對管道的影響不能合理的考量，從而導(dǎo)致了計算所采用的溫度比實際工作溫度低，這樣就會出現(xiàn)管道所用材質(zhì)無法滿足鍋爐運(yùn)行的需求的狀況。

2.2 制造、安裝和檢修因素

制造、安裝、檢修中引起過熱器管道爆管的因素主要是指，管內(nèi)出現(xiàn)異物致使管道堵塞，或者流體流動不順暢的情況導(dǎo)致受熱管部分管段過熱。而檢修不當(dāng)也會造成管道內(nèi)異物堵塞的情況。比如在換管的過程中，割管工藝的不合理則是會造成堵塞物掉入直線管段，或者管座的焊接物掉落的情況，致使部分管段少流量或無流量。從實際工作中的情況來看，由于鍋爐制造廠的工藝不合理、安裝不合格或者檢修的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等原因造成的管道超溫爆管的事故也有很多，主要問題有以下幾個方面。

1）焊接質(zhì)量差。如某火力發(fā)電廠在用的一臺鍋爐，對爆管的部分進(jìn)行換管和補(bǔ)焊處理，管子的接口處發(fā)生位移，致使管子在焊接完成后仍存在有較大的應(yīng)力，從而降低了管道的強(qiáng)度，長期使用后又導(dǎo)致泄漏。

2）聯(lián)箱中間隔板的焊接問題。在安裝聯(lián)箱中間隔板時，沒有按照要求進(jìn)行焊接，致使其中的的蒸汽短路，從而導(dǎo)致部分管段冷卻不良產(chǎn)生爆管。

3）異種鋼管的焊接問題。在鍋爐過熱器受熱管中，管卡和夾板一般會采用奧氏體鋼，也有管道使用奧氏體管從而提高安全系數(shù)。而在珠光體鋼與奧氏體鋼進(jìn)行焊接時發(fā)生的受熱面管道撕裂的事故，則是由于二者的膨脹系數(shù)存在較大的差值。

4）普通焊口質(zhì)量問題。過熱器系統(tǒng)管內(nèi)流體在運(yùn)行中的溫度和壓力都很高，此時就要求接口要有較高的焊接質(zhì)量。但鍋爐在實際的運(yùn)行中，由于制造、安裝和檢修中的焊接借口的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)而引起的管道爆漏事故有很多，造成的后果也很嚴(yán)重。

5）異物堵塞管路。電站鍋爐在長時間的工作中會產(chǎn)生大量的銹蝕，但因為管徑較小，很難徹底處理，致使管道內(nèi)的銹蝕物脫落在管道底部的水平段，造成管壁過熱而爆管。

2.3 運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)引起爆管

電站鍋爐運(yùn)行中引起超溫的因素有很多，主要有：1）燃燒介質(zhì)偏離設(shè)計介質(zhì)，會造成著火點(diǎn)延遲，從而使?fàn)t膛的出口溫度超過設(shè)計值；2）燃燒器的傾角調(diào)整不好，致使火焰延伸至排管與過熱器處，在點(diǎn)火升壓的過程中，過熱器管道的蒸汽流量較少從而引起過熱；3）化學(xué)監(jiān)督不嚴(yán)致使蒸汽品質(zhì)下降，造成過熱器管內(nèi)積垢從而引起超溫；4）減溫水系統(tǒng)故障從而引起蒸汽溫度增高；5）高加長期使用率低造成給水溫度偏低，從而使蒸汽的溫度偏高。

3 結(jié)論

研究過熱器管道失效的原因是一項復(fù)雜的工程，應(yīng)該從運(yùn)行工況、技術(shù)改進(jìn)等方面進(jìn)行全面考慮。過熱器管道失效的原因有很多，要想防止電站鍋爐過熱器管道爆漏，必須從根源做起，做好制造、運(yùn)行、檢修全過程的監(jiān)督，嚴(yán)格執(zhí)行管道防爆管理制度，提高設(shè)備可靠性，從而最大限度地降低過熱器管道爆漏事故的發(fā)生的可能性。

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