低溫過(guò)熱器爆管分析

牛東峰

摘 要：某臺(tái)工業(yè)鍋爐的過(guò)熱器爆管，通過(guò)對(duì)爆管的破口形貌分析和金相分析，并結(jié)合鍋爐實(shí)際運(yùn)行工況，找出過(guò)熱器爆管的原因，提出合理化建議。

關(guān)鍵詞：過(guò)熱器；爆管；分析

某化纖公司一臺(tái)型號(hào)為SHF45-1.25/300-W+爐渣的循環(huán)流化床鍋爐，該爐結(jié)構(gòu)為M型，受熱面布置及煙氣流程：爐膛內(nèi)有埋管和膜式壁，高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)漩渦分離器自下而上先后流經(jīng)低溫過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器、對(duì)流管，最后煙氣經(jīng)過(guò)二級(jí)省煤器和空氣預(yù)熱器通過(guò)煙囪排向大氣，如圖1。

該爐于2010年01月投用，實(shí)際運(yùn)行參數(shù)：鍋爐負(fù)荷30-38t/h，出口壓力1.20MPa，過(guò)熱蒸汽出口溫度300℃，主要用于工業(yè)生產(chǎn)。2011年3月進(jìn)行首次鍋爐內(nèi)部檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鍋筒和對(duì)流管束內(nèi)水垢0.5mm，向使用單位提出加強(qiáng)水處理設(shè)備運(yùn)行管理工作和水質(zhì)、蒸汽品質(zhì)的化學(xué)監(jiān)督管理工作的建議。2013年2月，鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中，低溫過(guò)熱器出現(xiàn)爆管事故，隨后緊急停爐申請(qǐng)檢驗(yàn)。

檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：低溫過(guò)熱器低端有2根管子直管段底部發(fā)生爆管開(kāi)裂，同樣位置另有3個(gè)管子明顯鼓包脹粗，并發(fā)現(xiàn)管子內(nèi)積有大量鹽垢。

見(jiàn)下圖2、圖3：

資料顯示：該爐低溫過(guò)熱器材質(zhì)為20，規(guī)格Φ38× 3.5mm。

1 爆管分析

1.1 爆口形貌分析

爆裂管樣的宏觀形貌見(jiàn)圖1，從圖1可以看出，爆口呈典型唇狀，最大爆口開(kāi)裂長(zhǎng)度約120mm，并有一定的脹粗，爆口周圍氧化皮有縱向裂紋，向火側(cè)有較厚的氧化皮分層。

1.2 金相分析

取爆口附近管子部位制備金相試樣，將試樣拋光后用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，采用顯微鏡觀察試樣的顯微組織，由圖4-5可，發(fā)現(xiàn)向火側(cè)管樣金相組織珠光體已全部分散，球化級(jí)別大于5級(jí)，碳化物顆粒粗大，晶界有蠕變空洞；背火側(cè)管樣金相組織為鐵素體+珠光體+少量碳化物，珠光體開(kāi)始分散，珠光體球化級(jí)別為2級(jí)。

從上述現(xiàn)象可以判斷出，低溫過(guò)熱器爆管是長(zhǎng)期超溫引起的。

2 事故原因分析

①?gòu)娜拥倪^(guò)熱器管子內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量的鹽垢，鹽垢最厚處達(dá)1.0mm，由此可判斷：過(guò)熱器爆管的主要原因是因積鹽較厚惡化傳熱，管子長(zhǎng)時(shí)間處于超溫狀態(tài)，最終導(dǎo)致管子鼓包、開(kāi)裂；②對(duì)水處理設(shè)備和水汽質(zhì)量檢查。該爐的設(shè)計(jì)水處理設(shè)備為鈉離子交換器，采用軟化水作為鍋爐給水，由于鍋爐存在過(guò)熱系統(tǒng)，對(duì)蒸汽品質(zhì)要求較高，如長(zhǎng)期使用軟水作為給水，即使鍋水的溶解固形物檢測(cè)值滿足于GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》的要求，蒸汽品質(zhì)也難以得到很好的控制，勢(shì)必會(huì)造成過(guò)熱器管內(nèi)積鹽。此外，在檢查水質(zhì)化驗(yàn)記錄中發(fā)現(xiàn)：給水、鍋水和蒸汽品質(zhì)檢測(cè)次數(shù)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，且檢測(cè)的項(xiàng)目不齊全，部分檢測(cè)數(shù)據(jù)不匹配，存在失真現(xiàn)象；③在對(duì)鍋爐上鍋筒檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，筒體內(nèi)壁水垢厚1.0mm左右，汽水分界線波動(dòng)較大，鍋爐經(jīng)常處于高水位運(yùn)行，又因該爐上鍋筒的汽水分離裝置采用汽水擋板，分離效果較差，致使飽和蒸汽的機(jī)械攜帶增大，使大量的鍋水輸送到低溫過(guò)熱器中，各種鹽垢在過(guò)熱器低端的管子底部不斷沉積，惡化了傳熱，是導(dǎo)致過(guò)熱器管中爆管一個(gè)重要因素；④鍋爐長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行，設(shè)計(jì)額定負(fù)荷45t/h，實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷在30t/h至38t/h，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，過(guò)熱器中的蒸汽流量不足，介質(zhì)流速低，傳熱惡化，致使管壁換熱冷卻不足，引起長(zhǎng)期慢性過(guò)熱疲勞，這是過(guò)熱器爆管的原因之一。

3 防范措施

①鍋爐設(shè)計(jì)采用軟化水作為給水，鍋水的溶解固形物和蒸汽的含鹽量得不到很好的控制，在長(zhǎng)期運(yùn)行中，蒸汽的機(jī)械攜帶勢(shì)必造成過(guò)熱器管內(nèi)積鹽，為提高蒸汽品質(zhì)，建議使用單位增加除鹽系統(tǒng)，采用除鹽水作為鍋爐的給水；②加強(qiáng)水處理的人員管理和水質(zhì)和蒸汽品質(zhì)的化學(xué)監(jiān)督，鍋爐運(yùn)行中，使用單位的水處理工作人員應(yīng)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)鍋爐的原水、給水、鍋水的水質(zhì)以及蒸汽品質(zhì)定期進(jìn)行分析，確?；?yàn)分析的時(shí)間、項(xiàng)目、數(shù)據(jù)以及采取相應(yīng)措施的真實(shí)性，并做好詳細(xì)記錄；③加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行管理，根據(jù)生產(chǎn)用熱需求調(diào)整負(fù)荷，控制水位，改善蒸汽品質(zhì)；其次根據(jù)鍋水指標(biāo)控制排污，確保給水、鍋水和飽和蒸汽品質(zhì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；④增加過(guò)熱器反沖洗系統(tǒng)，鍋爐投用前，采用80-90℃的除鹽水對(duì)過(guò)熱器進(jìn)行反沖洗，將管子內(nèi)的積鹽溶解、沖掉，減少過(guò)熱器管內(nèi)積鹽，防止過(guò)熱器爆管。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)這次過(guò)熱器爆管的事故，從管樣爆口的宏觀形貌、幾何尺寸和微觀組織金相分析結(jié)果可見(jiàn)，爆管管子的主要原因是由于長(zhǎng)期過(guò)熱所致；由管子內(nèi)積鹽厚度和管子外表的氧化皮厚度推測(cè)，長(zhǎng)期過(guò)熱主要有水處理設(shè)備與鍋爐的實(shí)際運(yùn)行工況不能很好的匹配和水汽質(zhì)量的化學(xué)監(jiān)督工作管理不到位引起的。企業(yè)的鍋爐管理技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)真分析和研究該起爆管事故，加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行負(fù)荷波動(dòng)管理和水汽質(zhì)量化學(xué)監(jiān)督管理，避免類似事故發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 1546-2008.工業(yè)鍋爐水質(zhì)[S].北京：中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2008.