預(yù)熱爐爐管失效原因分析及預(yù)防

馬貝貝

（山西焦化股份有限公司，山西 臨汾 041606）

1 爐管失效介紹

管道失效是指管道無法發(fā)揮原有功效或性能的現(xiàn)象，一般分為自然失效與異常失效兩種。由于管道在運(yùn)行過程中，在內(nèi)部介質(zhì)及周圍環(huán)境的影響下，將會(huì)無可避免地產(chǎn)生溫度或壓力循環(huán)、腐蝕、振動(dòng)以及材質(zhì)組織的變化等影響材料性能和密封性能等問題，因此任何管道都有一定的使用壽命。由于在用管道在設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、安裝和運(yùn)行管理等各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)引起異常失效，而造成難以預(yù)料的悲慘事故發(fā)生。常見的失效現(xiàn)象有高溫蠕變疲勞損壞，管道過載核引起的損壞，管道震動(dòng)或松動(dòng)導(dǎo)致的損壞，管道沖刷、汽蝕導(dǎo)致的壁厚變薄，機(jī)械損傷，腐蝕破壞，管道內(nèi)壁固體物的粘結(jié)或沉積，熱疲勞損壞等。

2 原因分析

2.1 材質(zhì)把關(guān)

爐管材質(zhì)是施工質(zhì)量及施工控制過程中一個(gè)主要的環(huán)節(jié)，也對(duì)爐管是否適合應(yīng)有工況及是否失效起著至關(guān)重要的作用。從設(shè)計(jì)、采購、驗(yàn)收、存放等各個(gè)環(huán)節(jié)都可能引起管材的不合理或提前失效。為避免該情況的發(fā)生，有效確保爐管材質(zhì)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）規(guī)范設(shè)計(jì)。要求按照相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、最低要求、工藝產(chǎn)能及實(shí)際核算等具體情況，對(duì)爐管進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，并適當(dāng)考慮設(shè)計(jì)裕量，以確保設(shè)備在惡劣工況下也能達(dá)到應(yīng)有的最低壽命。從材質(zhì)成分、厚度、安裝要求，甚至對(duì)制造廠商的特殊要求等，都將作為設(shè)計(jì)的依據(jù)進(jìn)行考慮。這是確保主體設(shè)備及爐管壽命的第一道關(guān)口，也是避免失效的一項(xiàng)有效措施。

（2）嚴(yán)格驗(yàn)收。嚴(yán)格按照?qǐng)D紙中要求的管材、厚度及數(shù)量等進(jìn)行采購。同時(shí)向供貨方索要相關(guān)的材質(zhì)證明，必要時(shí)取樣進(jìn)行成分分析，確保爐管質(zhì)量。

（3）規(guī)范管理。①最好在室內(nèi)存放，且保持室內(nèi)干燥，且周圍無腐蝕性氣體介質(zhì)，盡量避免管材腐蝕；用一種尺寸的管材不得相鄰存放，防止混雜在一起，出現(xiàn)材質(zhì)錯(cuò)誤的現(xiàn)象。②建立完整的物資臺(tái)賬，包括物資名稱、材質(zhì)、厚度、數(shù)量、存放位置等內(nèi)容，并安排專人看管及定期核對(duì)（盤庫）。③嚴(yán)格出入庫程序。必須有主管領(lǐng)導(dǎo)簽字，方可出庫；緊急情況下，口頭答應(yīng)并在及時(shí)補(bǔ)辦相關(guān)出庫手續(xù)。有詳細(xì)的出、入庫記錄，并適時(shí)更新物資臺(tái)賬。

2.2 嚴(yán)格安裝程序及標(biāo)準(zhǔn)

按照行業(yè)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝，是工程項(xiàng)目控制的最基本的要求。作為爐管的安裝，應(yīng)主要遵循GB50235-2010《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》，并結(jié)合DL/T5047—95《電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范（鍋爐機(jī)組篇）》要求進(jìn)行施工及驗(yàn)收；主要涉及的有金屬管道的敷設(shè)、排列、固定、支吊、焊接等工序的具體要求及標(biāo)準(zhǔn)。尤其是在焊接質(zhì)量的檢測(cè)方面，嚴(yán)格根據(jù)比例，采用最佳方法或圖紙要求的檢測(cè)方法進(jìn)行抽樣檢測(cè)，來保證焊縫質(zhì)量。同時(shí)，在施工過程中，還要加強(qiáng)隱蔽過程的階段性驗(yàn)收，實(shí)行過程管理，在保證工程質(zhì)量的同時(shí)，還可防止不必要的返工及資源浪費(fèi)。

2.3 加強(qiáng)日常檢查、檢測(cè)

（1）宏觀檢查及測(cè)量。外觀檢查：經(jīng)對(duì)爐管可見部分進(jìn)行宏觀檢查，并進(jìn)行一個(gè)描述，重點(diǎn)對(duì)所有管排的排列或錯(cuò)位情況、爐管顏色變化情況、爐管結(jié)焦、腐蝕、變形、鼓包、支架（吊架）牢固情況等狀況進(jìn)行詳細(xì)的查看及對(duì)比，尤其是彎管、焊口部位要作為重點(diǎn)進(jìn)行檢查。管壁厚度測(cè)量：由于管子磨損、機(jī)械損傷或腐蝕等外界因素影響，導(dǎo)致爐管壁厚減薄是一種普遍現(xiàn)象，但如果超過運(yùn)行的減薄量，哪怕是小范圍腐蝕變薄，都會(huì)威脅到爐管的安全使用。一方面是由于新管子壁厚本身就存在一定的負(fù)偏差；同時(shí)，在運(yùn)行工況狀態(tài)下的自然損耗等情況，都直接導(dǎo)致管壁厚會(huì)向著負(fù)偏差的方向惡化。一般要求不少于原管子設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)壁厚的80%，否則應(yīng)考慮給予更換。如該爐管設(shè)計(jì)壁厚為9.5毫米，則最小安全壁厚應(yīng)為7.6毫米。脹粗率測(cè)量：由于管子在高溫工況下，極易發(fā)生蠕變，導(dǎo)致爐管內(nèi)外徑發(fā)生一定的變化，出現(xiàn)整體或局部脹粗現(xiàn)象。一般要求外徑脹粗不超過原管子設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的5%，否則視為爐管失效，應(yīng)考慮對(duì)脹粗爐管局部或整體進(jìn)行更換。如：該爐管設(shè)計(jì)外徑為φ140毫米，則最大外徑為147毫米。而從本論文部分實(shí)驗(yàn)可以看出，該爐管外徑在140.06～140.25，只有輕微的脹粗，可以安全運(yùn)行。

（2）對(duì)焊口進(jìn)行滲透檢測(cè)。焊縫是整根管上較為薄弱的部位，也是失效最為常見的部位。作為對(duì)焊口的常規(guī)檢測(cè)方法，滲透檢測(cè)能被選于其中，也是靠其專門針對(duì)焊縫檢查，且具有便于操作和檢測(cè)準(zhǔn)確等特有的優(yōu)勢(shì)，成為一種最為常見的檢測(cè)方法。

（3）對(duì)高溫區(qū)爐管進(jìn)行超聲波檢測(cè)。從多個(gè)試驗(yàn)中都可以看出，高溫區(qū)爐管失效的幾率較高。所以根據(jù)本文的檢測(cè)方法，采用超聲波進(jìn)行檢測(cè)，可以有效檢測(cè)出缺陷部位和失效情況。

2.4 嚴(yán)格條件的控制

（1）運(yùn)行溫度的控制。作為熱力管道，溫度為首要考慮因素。既要保證操作過程不超溫，又要控制升溫速率不宜過快。HK40爐管的標(biāo)準(zhǔn)耐受溫度為1040℃。管道變形甚至產(chǎn)生裂紋等失效現(xiàn)象，且防止初期出現(xiàn)水擊現(xiàn)象引起管道振動(dòng)、雜音等，一般冷的蒸汽管道都需要較長時(shí)間的預(yù)熱或暖管。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，長時(shí)間冷卻后的爐管進(jìn)汽初期，通過只控制旁路閥，將升溫速率一般控制在2～3℃/min，且加大疏水；升溫中期可提高至 5℃ /min。

（2）工作壓力控制。根據(jù)爐管材質(zhì)及設(shè)計(jì)要求，控制在安全、合理的壓力范圍內(nèi)運(yùn)行，方可保證爐管的運(yùn)行安全。要嚴(yán)格按照壓力管道的管理進(jìn)行操作管理，保證爐管不超壓運(yùn)行。本爐管的輻射段的設(shè)計(jì)壓力為2.6MPa。

2.5 管壁清理或清洗

由于爐管長時(shí)間運(yùn)行，根據(jù)介質(zhì)的不同，內(nèi)、外壁結(jié)垢或積渣情況不一，輕則影響到爐管的換熱效率、造成爐管腐蝕，重則引起爆管的嚴(yán)重失效狀況。所以，有必要定期對(duì)內(nèi)外壁進(jìn)行清理或清洗，提高換熱效率，減少爐管失效幾率。

（1）內(nèi)壁沖洗。對(duì)于內(nèi)壁結(jié)垢、積渣，通常采用浸泡、清洗的方法結(jié)合起來進(jìn)行，效果較好。一般情況下，在停爐降溫降壓后，在爐管內(nèi)上水進(jìn)行浸泡24～48小時(shí)，然后通過反復(fù)排水、進(jìn)水的方式對(duì)爐管內(nèi)壁進(jìn)行沖洗。清洗周期約為半年，但不會(huì)單獨(dú)（停車）進(jìn)行，一般結(jié)合停車、檢修等情況同時(shí)進(jìn)行?；瘜W(xué)清洗則是根據(jù)內(nèi)部沖洗后的結(jié)垢情況，確定是否進(jìn)行。如果介質(zhì)處理正常、運(yùn)行狀況良好，一般不需要進(jìn)行化學(xué)清洗。

（2）外壁結(jié)焦清理。對(duì)于外壁結(jié)焦、積渣情況，一般只能采用機(jī)械清理的方法進(jìn)行處理。根據(jù)燃?xì)猓ㄒ话闶墙範(fàn)t氣）種類及潔凈程度的不同，建議外壁清理的周期為1年。由于爐內(nèi)爐管間距空間有限，清理工作較為困難，甚至有些部位無法清理到，但即使不能夠完全清理，也不會(huì)影響到安全運(yùn)行。這種清理辦法只是進(jìn)一步提高熱效率，在可操作的條件下，盡量防止?fàn)t管的失效。

2.6 水壓試驗(yàn)

壓力管道水壓試驗(yàn)是保證整個(gè)管道的承壓能力，保證在正常設(shè)計(jì)工況下安全運(yùn)行。即使再全面的日常檢查，也只是對(duì)局部或重點(diǎn)部位進(jìn)行了檢查、檢測(cè)，且不能排除局部在無法預(yù)料的特殊情況下的失效。而水壓試壓則可以完全“無死角”充滿整個(gè)管道，并通過高于工作壓力的水壓，使失效的爐管薄弱點(diǎn)暴露，達(dá)到徹底排查的目的，保證爐管在運(yùn)行過程中的安全。一般水壓試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.25倍，保壓10min。如本文研究的爐管的設(shè)計(jì)壓力為2.6MPa，試驗(yàn)壓力為3.25MPa。水壓試驗(yàn)一般每3年進(jìn)行一次。

3 防止?fàn)t管失效措施

從設(shè)計(jì)、采購、驗(yàn)收、存放、預(yù)處理等多個(gè)環(huán)節(jié)把關(guān)，保證爐管管材的達(dá)標(biāo)及完好。

嚴(yán)格執(zhí)行安裝、檢測(cè)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，保證施工質(zhì)量。

加大日常維保及管理力度，增加檢查頻次、提高檢查標(biāo)準(zhǔn)、使用新的檢測(cè)技術(shù)，對(duì)爐管進(jìn)行常規(guī)性檢查。

在工藝操作方面，要嚴(yán)格工藝參數(shù)控制，尤其是壓力、溫度的調(diào)整與控制。建議溫度控制在1040℃以下、壓力控制在2.6MPa以下。

做好對(duì)爐管內(nèi)、外壁的清理工作，保證爐管換熱效果的同時(shí)，防止?fàn)t管結(jié)焦、結(jié)垢等現(xiàn)象的發(fā)生，且建議清理周期不大于1年。

定期做水壓試驗(yàn)，全面檢查爐管的受壓情況，主動(dòng)進(jìn)行隱患排查及修復(fù)，可以減少運(yùn)行過程中出現(xiàn)的泄漏，變被動(dòng)維修為主動(dòng)檢查。最佳水壓試驗(yàn)周期為1次/3年。