探究干熄焦鍋爐過熱器爆管原因分析與改進(jìn)

范元方

摘 要：為增強(qiáng)干熄焦鍋爐設(shè)備運(yùn)行的安全性，提出預(yù)防干熄焦鍋爐過熱器爆管問題的建議。文章以干熄焦#2余熱鍋爐二級過熱器爆管實(shí)例為研究對象，結(jié)合工作實(shí)況對其爆管原因進(jìn)行全面分析的基礎(chǔ)上，提出了幾點(diǎn)處理與改進(jìn)措施，以期有效處理過熱器爆管過濾器爆管的問題。

關(guān)鍵詞：干熄焦鍋爐；過熱器爆管；原因；改進(jìn)措施

干熄焦鍋爐為一類余熱鍋爐，是干熄焦系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分之一。干熄鍋爐在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中形成的蒸汽，被輸送至汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。干熄焦鍋爐可以被視為能源轉(zhuǎn)化與回收的中心，是確保干熄焦系統(tǒng)安穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。若爐管結(jié)構(gòu)完整性遭到破壞，泄露出的水或氣體就會伴隨著循環(huán)氣體進(jìn)入干熄爐，和紅焦產(chǎn)生水煤氣反應(yīng)，以致循環(huán)氣體中的氫氣與一氧化碳指標(biāo)快速上升，在補(bǔ)救與處理措施應(yīng)用不及時情況下，就加大了爆管事件發(fā)生的可能性。

1 干熄焦鍋爐爆管實(shí)例

2015年10月4日、11月9日湘鋼鋼三干熄焦余熱鍋爐二級過熱器出現(xiàn)爆管泄漏事件，在對事故現(xiàn)場處理過程中，還觀察到二級過熱器迎風(fēng)面管壁上有較大面積腐蝕斑脫現(xiàn)象。

2 鍋爐爆管的原因分析

2.1干熄焦#2余熱鍋爐受熱面情況

相關(guān)人員在檢查工作中發(fā)現(xiàn)，二級過熱器從東到西第36根管道爆裂口極為顯著，爆裂口兩端壁厚分別是2.2mm與2.3mm。第41根管道表面有明顯的漏洞，在對其他過熱器管道檢查的過程中發(fā)現(xiàn)，二級過熱器迎風(fēng)面管壁上有母材斑駁脫落現(xiàn)象，與爆管區(qū)域距離越近，過熱器管斑駁掉落現(xiàn)象越嚴(yán)重，一些管子表層斑禿已成片狀。北側(cè)鍋爐入口端膨脹節(jié)位置存在大塊澆注料掉落的現(xiàn)象。此外，二級過熱器爆管正下方的一級過熱器管迎風(fēng)面也存在母材斑駁掉落現(xiàn)象，二級過熱器背風(fēng)面形成大小不等的焦粉積瘤。在查閱蒸發(fā)器與一級過熱器相關(guān)檢查資料時，相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)以上兩個設(shè)備在1月10日的檢查記錄為“翅片蒸發(fā)器表面有大量灰塵聚集”，而在本次檢查中依然發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器表層有大量灰塵覆蓋。

2.2過熱器管割管

相關(guān)人員在對事故現(xiàn)場勘查時發(fā)現(xiàn)，爆管周邊管壁厚度明顯降低，壁厚由最初的4.0mm分別降至2.2mm與2.3mm，下降率接近50%，但過熱器管內(nèi)壁光亮順滑，未產(chǎn)生結(jié)垢與氧化皮堆積等現(xiàn)象。經(jīng)金相檢查后發(fā)現(xiàn)，暴口組織是鐵素體與珠光體，球化級別是1級，尚未出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。管壁表層粗糙，這提示不存在不均稱的腐蝕情況[1]。

2.3爆管原因分析

綜合以上分析內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)爆口減薄量約為45%，與泄漏位點(diǎn)越近腐蝕程度越嚴(yán)重，甚至呈“片狀”。

2.3.1經(jīng)了解與勘查，干熄焦余熱鍋爐煙氣內(nèi)硫元素的指標(biāo)相對較高，其多以H2S及SO2的形式存在，腐蝕處是二級過熱器，對能譜分析結(jié)果整體分析的基礎(chǔ)上，可初步判斷管壁表層出現(xiàn)的腐蝕類型處于高溫腐蝕，其又可以被細(xì)化為高溫硫腐蝕與高溫氧化兩種。

2.3.2針對高溫硫腐蝕，成因多可做出如下改善：①H2S在氧氣供應(yīng)量不足的情況下不完全燃燒，生成硫，而H2S在有部分水存在的環(huán)境中也可以和SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫。而有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，硫在350～400℃的高溫環(huán)境中極易和鐵直接反應(yīng)生成硫化亞鐵，高溫硫腐蝕通常是最后結(jié)局，在溫度>450℃以后，其對爐管結(jié)構(gòu)完整性的破壞力將不斷增強(qiáng)[2]。②干熄焦鍋爐作業(yè)期間產(chǎn)生的煙氣內(nèi)也含有一定量的H2S，其也課與鐵發(fā)生反應(yīng)生成硫化物，360～385℃區(qū)間中H2S的腐蝕效能達(dá)到巔峰。③在高溫環(huán)境下部分SO2也會轉(zhuǎn)型為SO3，其與煙氣中的水蒸氣產(chǎn)生化合反應(yīng)生成具有強(qiáng)吸濕性能的硫酸，同時以酸化的形式存留在煙氣中，硫酸酸霧可和鐵直接發(fā)生發(fā)生進(jìn)而腐蝕金屬。

2.3.3針對高溫氧化，實(shí)質(zhì)上其就是高溫?zé)煔鈨?nèi)的氧氣和鐵元素發(fā)生反應(yīng)，內(nèi)外層分別形成Fe3O4、Fe2O3的氧化膜，以上氧化膜具有一定的抗氧化能力，但因?yàn)楦邷叵碌牧蚋g，難以形成致密性、具備保護(hù)功能的膜層。被破壞的膜層疏松度增加，抗腐蝕性能急劇降低，在高溫氧化與高溫硫腐蝕的共同作用下，促使管壁腐蝕現(xiàn)象更為嚴(yán)重化。

3 鍋爐爐管破損后的處理與改進(jìn)措施

3.1 在明確鍋爐爐管結(jié)構(gòu)被損傷以后，為阻斷損傷趨勢的蔓延或?qū)λ愒O(shè)備造成損傷，可結(jié)合干熄焦系統(tǒng)存在的異常狀況，快速對系統(tǒng)的有關(guān)閥門、儀表行調(diào)整措施。同時采用一些特別的操作方法，以把干熄焦各系統(tǒng)的異常波動降至最低水平，繼而對鍋爐破損的爐管進(jìn)行處理，可采用如下方法：①加固適量的N2吹進(jìn)往循環(huán)氣體內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)降低循環(huán)氣體內(nèi)氫氣、氧氣等可燃性氣體的濃度值。②加大對預(yù)存段壓力調(diào)節(jié)閥的開啟力度，對預(yù)存段壓力嚴(yán)格管控，以減少爐口的冒火量。閉合除塵風(fēng)機(jī)與干熄爐爐頂吸塵擋板。③若由于氣體循環(huán)系統(tǒng)阻力較大，導(dǎo)致鍋爐入口長時間處于正壓狀態(tài)運(yùn)行，應(yīng)快速啟動一次除塵器上的緊急放散閥，實(shí)現(xiàn)有效釋放壓力。④循環(huán)氣體能夠把水蒸汽整合至二次除塵器內(nèi)，可能會導(dǎo)致濕灰阻塞排灰閥，應(yīng)采用卸除二次除塵的方式，指導(dǎo)有水流出為止。

3.2改進(jìn)建議：①最大限度的降低煙氣內(nèi)的硫含量。②提升爐中冗余空氣系數(shù)，進(jìn)而構(gòu)建良好的氧氣化氛圍，促使自由硫盡量和氧氣結(jié)合進(jìn)程，降低或規(guī)避其和與管壁金屬反應(yīng)現(xiàn)象的出現(xiàn)。③避免干熄焦鍋爐長期在低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，盡量壓縮其在低溫環(huán)境下運(yùn)作的時間。④有規(guī)律的對閑置的干熄焦鍋爐結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行檢查，追蹤管壁腐蝕進(jìn)展情況，定期檢測管壁厚度，及時發(fā)現(xiàn)與處理異常情況。⑤停爐后，盡快清理匯集在管壁表層的腐蝕產(chǎn)物。⑥加強(qiáng)對易腐蝕區(qū)的處理，可通過加裝護(hù)瓦或增強(qiáng)過熱器管材的耐蝕等級等方式，例如對滲鋁鋼行換新處理措施。

結(jié)束語

干熄焦#2余熱鍋爐二級過熱器運(yùn)行過程中易形成高溫硫腐蝕，同時在煙氣連續(xù)作用下，很可能造成管壁厚度不斷降低，爆管通常是最后結(jié)局。設(shè)備維修人員在實(shí)踐中應(yīng)勤于檢查、加強(qiáng)設(shè)備各裝置的管理、強(qiáng)化操作的規(guī)范性，進(jìn)而確保干熄焦過熱器處于安穩(wěn)的狀態(tài)下運(yùn)行，將爆管事件發(fā)生率降至最低水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉欣明.干熄焦余熱鍋爐過熱器超溫原因解析及應(yīng)對方法研究[J].科技風(fēng)，2016（17）：110-110.

[2] 尹更新.140t干熄焦鍋爐系統(tǒng)的爆管與處理[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（12）：131-131.

[3] 金純祥，陳偉鵬，唐麗莉.干熄焦鍋爐過熱器失效機(jī)理分析及防漏實(shí)踐[J].包鋼科技，2017，43（1）：5-7.