注汽鍋爐爐管爆管影響因素分析及對策探討

陳其海

【摘 要】油田注汽在運行中由于各種原因易造成爐管腐蝕及損耗，影響爐管的使用壽命，在注汽生產(chǎn)中可能出現(xiàn)爆管事故，影響鍋爐的安全平穩(wěn)運行。本文結(jié)合多年來從事注汽現(xiàn)場操作經(jīng)驗對影響注汽爐管爆管的因素進行了全面系統(tǒng)地分析，通過采取針對性的措施，加強爐管的維護與運行管理，提高爐管的安全運行系數(shù)，確保了鍋爐的優(yōu)化、經(jīng)濟、安全運行。

【關(guān)鍵詞】注汽鍋爐；爆管；因素；對策

1.注汽鍋爐的基本結(jié)構(gòu)及工作流程

注汽鍋爐由本體設(shè)備和輔助設(shè)備組成。本體設(shè)備包括汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、爐殼和爐襯；輔助設(shè)備包括燃燒設(shè)備、電氣系統(tǒng)、供水設(shè)備及附件等組成。它的工作流程是這樣的：經(jīng)過計量的水進入給水預(yù)熱器，使給水溫度提高到露點以上，以避免煙氣中的硫酸蒸汽凝結(jié)在對流段的翅片管上造成低溫腐蝕。經(jīng)預(yù)熱的水進入對流段，吸收約40%的熱量，使水溫升高，再次進入預(yù)熱器損失一部分熱量，水溫有所下降，然后進入輻射段，吸收約60%的熱量，達到設(shè)計壓力下相對應(yīng)的飽和溫度，干度為80%的飽和蒸汽，經(jīng)分離器送入注汽管網(wǎng)。

2.爐管爆管的影響因素分析及對策

注汽鍋爐的爐管包括對流段的爐管和輻射段的爐管，它們均為單路直管，呈水平往復(fù)排列。通過對多年來的檢驗情況分析，可以將爐管發(fā)生爆管的原因歸納為以下幾方面：

2.1注汽鍋爐爐管材質(zhì)不良或有嚴(yán)重缺陷

注汽鍋爐輻射段爐管必須采用鍋爐用高壓無縫鋼管，它對材料的高溫性能、晶粒度，內(nèi)外壁脫碳，沖擊值等都有明確的要求，不允許有白點和裂紋，并要求供貨方進行100%無損探傷。進入制造廠后，還應(yīng)做必要的復(fù)查，防止不同鋼號的無縫爐管混用。萬一混用以低代高，其鍋爐無縫爐管的可焊性降低，高溫性能差或韌性不足，強度無法保證，如果未進行無損探傷，管材存在的氣孔、白點、疏松、分層及非金屬夾雜物等缺陷，將影響注汽鍋爐的安全運行。注汽鍋爐爐管常用的牌號主要是20G和15CrMo，執(zhí)行GB5310和YB（T）32標(biāo)準(zhǔn)，制造過程及材料應(yīng)符合《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》。

2.2火焰偏燒

油田注汽鍋爐以原油作燃料，發(fā)熱量大，燃燒效率高。如果燃燒器角度調(diào)整不合理，會出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，會使局部爐管熱量集中，致使受熱面爐管金屬溫度升高，而其強度下降，這一部分材料處于屈服狀態(tài)下就會發(fā)生鼓包。另外因過熱變形的部位的金屬壁溫在800℃以上，發(fā)生脫碳，脫碳的結(jié)果使鋼材的強度、硬度、疲勞極限提高，但塑性明顯下降，鋼材脆性增加，發(fā)生變形或鼓包時，如不及時發(fā)現(xiàn)處理或處理不當(dāng)將導(dǎo)致爐管爆炸事故的發(fā)生。

2.3爐管腐蝕

金屬腐蝕，按其本質(zhì)的不同分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。鍋爐中的腐蝕一般都是電化學(xué)腐蝕。腐蝕，可能是整體的，也可能是局部的；可以是均勻的，也可以是不均勻的。因此鍋爐爐管的腐蝕有的地方比另一些地方快一些或快的多，而形成局部凹坑。影響爐管腐蝕主要是溶解氧含量與PH值：

2.3.1溶解氧的腐蝕

溶解氧是引起鍋爐金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的一個重要原因，水中溶解氧含量越多，金屬腐蝕越嚴(yán)重。其腐蝕原理是鐵的電極電位總比氧的電極電位低，所以在鐵、氧腐蝕電池中，鐵是陽極，遭到腐蝕，反應(yīng)式：Fe→Fe2++2e

氧為陰極，進行還原，反應(yīng)式：O2+2H2O+4e→4OH-

爐管遭到腐蝕所產(chǎn)生的產(chǎn)物，在溶液中會進一步和水中某些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，稱為二次過程，造成的產(chǎn)物稱為二次產(chǎn)物。其過程為：

Fe2++2OH→Fe（OH）2

4Fe（OH）2+2H2O+O2→4Fe（OH）3

Fe（OH）2+2Fe（OH）3→Fe3O4+4H2O

一旦在爐管表面形成一點腐蝕，就不能阻止其繼續(xù)腐蝕，隨著腐蝕不斷擴大，腐蝕所帶來的二次產(chǎn)物不斷增加，腐蝕越深。

2.3.2 PH值

水的PH值是對金屬腐蝕速度影響很大，當(dāng)PH值小于4時，PH值越低，腐蝕速度越大，這主要是有H+充分去極化所引起的。而且不能形成保護膜，這時多數(shù)情況下受到均勻腐蝕；當(dāng)PH在中性點附近時，腐蝕速度隨PH值的變化很??；當(dāng)PH值大于8時，隨PH增大，腐蝕速度降低，因為OH-濃度增加時，在鐵的表面會形成保護膜。

2.4煙氣沖刷

注汽鍋爐在燃燒過程中，因煙氣的流動會對爐管表面產(chǎn)生沖刷而造成磨損。當(dāng)燃燒參數(shù)不匹配或燃料含雜質(zhì)過多時，將加劇煙氣對爐管表面的沖刷。因為當(dāng)油壓、油溫、霧化等燃燒參數(shù)發(fā)生波動時，導(dǎo)致燃料在爐內(nèi)不完全燃燒，易產(chǎn)生灰垢、焦?fàn)铑w粒，這些物質(zhì)隨著煙氣的流動，加劇爐管表面的磨損力度，導(dǎo)致爐管厚度的損失。同時燃料中所含有的雜質(zhì)，在燃燒中隨煙氣沖刷爐管表面，降低爐管管壁平均厚度。

2.5注汽鍋爐運行參數(shù)調(diào)整不合理

注汽鍋爐的給水量/燃料消耗量（即火焰大小）/風(fēng)量三者參數(shù)調(diào)節(jié)不合理，如火量大、給水量小，將使輻射段爐管長期處于高溫狀態(tài)，工作溫度為357℃時爐膛的火焰溫度在1000～1200℃之間，很容易造成輻射段金屬壁過熱及熱疲勞，爐管長期在這種高溫工作的過程中，會使鋼材的金相組織不斷發(fā)生變化，這種變化也導(dǎo)致性能的改變，最終發(fā)生爆管。

2.6給水硬度高

給水硬度高，爐管很快結(jié)垢，則傳熱性變差，燃料燃燒的熱量不能迅速地傳遞給爐水，致使?fàn)t膛和煙氣的溫度進一步升高。故受熱面兩側(cè)的溫差增大，爐管的溫度升高，時間一長因超溫而爆管。

2.7起停爐操作不規(guī)范

注汽鍋爐的點火程序分為：準(zhǔn)備-前吹掃-保持-引燃-主火焰-運行-后吹掃，當(dāng)主火焰被點燃先用小火燃燒，檢查各配套工件狀態(tài)正常后，正式將爐子并到自動狀態(tài)。鍋爐需要正常停爐時，停爐程序是：將鍋爐從大火調(diào)到中火-小火狀態(tài)，直至全部關(guān)閉，同時風(fēng)機、水泵繼續(xù)運行，其風(fēng)量大小與泵排量大小也應(yīng)根據(jù)鍋爐緩慢冷卻來定，鍋爐經(jīng)4～5h冷卻之后方可打開人孔門自然通風(fēng)，同時，鍋爐出口介質(zhì)溫度也應(yīng)緩慢冷卻，到80℃時，保持一段時間后可將爐管內(nèi)的水放掉。如果停爐，直接關(guān)閉火源，將造成各部件溫度不均爐管發(fā)生損壞，嚴(yán)重時造成焊口開裂。

3.認識與結(jié)論

（1）嚴(yán)格按操作程序進行操作，避免人為因素引起事故的發(fā)生；

（2）嚴(yán)格控制水質(zhì)指標(biāo)，確保能夠在達標(biāo)的情況下使用，以盡可能地減少爐管的腐蝕?？刂迫芙庋醯暮恐辽俚陀?.01mg/L，盡量減少給水硬度，減少水中碳酸鹽的含量，通過添加NaOH將用水PH值調(diào)整到7.5-8.3之間，降低爐管腐蝕速度。

（3）加強鍋爐燃燒參數(shù)的跟蹤采集與鍋爐燃燒火焰的監(jiān)測力度，及時調(diào)整燃燒器的角度，確保注汽鍋爐運行參數(shù)匹配良好，避免不完全燃燒與偏燒現(xiàn)象的發(fā)生，確保鍋爐在良好狀態(tài)下工作。

（4）定期地做好鍋爐清灰、測厚工作，并將油嘴、旋風(fēng)板拆下來，用柴油進行清洗，清除其中的雜物，確保燃燒狀態(tài)良好。

（5）做好燃料過濾器保養(yǎng)工作，定期對過濾器進行清理，確保燃料供給清潔、連續(xù)，降低燃料雜質(zhì)含量。

（6）加強注汽鍋爐停機時爐管的保養(yǎng)注汽鍋爐停用期間發(fā)生的腐蝕，不僅直接引起金屬的腐蝕，而且會造成再運行時腐蝕的隱患。因為停用中被腐蝕后，氧化鐵大量增加，當(dāng)鍋爐再運行時，氧化鐵成為運行時氧的代用品，又參加到陰極反應(yīng)的過程中去。隨著注汽鍋爐運行和停用的交替，腐蝕也隨之發(fā)生了惡性循環(huán)。因此，在注汽鍋爐停運時，應(yīng)采用干法保養(yǎng)或氣體保養(yǎng)。

【參考文獻】

[1] 許振清等.油田專用注汽鍋爐爐管爆管原因分析 《腐蝕與防護》 2005 第1期