電站鍋爐爆管事故原因分析與對(duì)策

謝鵬飛

【摘 要】電站鍋爐爆管事故時(shí)有發(fā)生，不僅影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，也給人員設(shè)備安全帶來(lái)了危險(xiǎn)隱患。電站鍋爐爆管的根本原因有：過(guò)熱、腐蝕、磨損、焊接質(zhì)量等等，其主要原因歸為超溫爆管、腐蝕爆管等。本文主要分析了電站鍋爐爆管事故原因分析與預(yù)防對(duì)策。以期為保障鍋爐安全運(yùn)行，促進(jìn)電路長(zhǎng)足發(fā)展盡上綿薄之力。

【關(guān)鍵詞】電站；鍋爐爆管；原因分析；對(duì)策

鍋爐爆管事故是電廠大患，輕則漏水漏汽，降低效率，重則發(fā)生事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鍋爐爆管所引起非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間約占整個(gè)非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間的40%，少發(fā)電量約占機(jī)組全部事故少發(fā)電量的50%，是影響電廠安全發(fā)供電的主要因素。引發(fā)電站鍋爐爆管事故的原因多種多樣，錯(cuò)綜復(fù)雜，因此，做好電站鍋爐爆管事故原因分析，針對(duì)性采取預(yù)防對(duì)策有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1超溫爆管

在檢驗(yàn)?zāi)冲仩t時(shí)，發(fā)現(xiàn)乙側(cè)過(guò)熱器管嚴(yán)重變形，脹粗量超標(biāo)，且管子外表面有氧化鐵層。經(jīng)查閱鍋爐運(yùn)行檢修記錄，該鍋爐在大修前已發(fā)生過(guò)爆管事故，再進(jìn)一步對(duì)更換下來(lái)的爆管段檢查，發(fā)現(xiàn)其爆破口明顯脹粗，管壁減薄很多，爆破口呈尖銳的喇叭形，其邊緣很鋒利，具有韌性斷裂的特征，爆破口附近有氧化鐵層。該鍋爐乙側(cè)測(cè)溫裝置已損壞多時(shí)，一直未修復(fù)。鍋爐吹灰裝置自安裝好后，一直未投入運(yùn)行。過(guò)熱器中間管排幾乎被積灰堵死，在鍋爐乙側(cè)形成明顯的煙氣走廊。

根據(jù)上述檢驗(yàn)情況分析，該鍋爐過(guò)熱器變形、脹粗乃至爆管，顯然是一起短時(shí)超溫爆管事故，其原因分析如下：

（1）由于鍋爐吹灰裝置未投入，導(dǎo)致爐膛受熱面積灰、結(jié)焦較為嚴(yán)重。爐膛受熱面吸熱量減少，導(dǎo)致排煙溫度升高，致使過(guò)熱器管壁溫度提高。

（2）過(guò)熱器中間管排積灰嚴(yán)重，且在鍋爐乙側(cè)形成煙氣走廊，加速壁溫急劇攀升。

（3）鍋爐乙側(cè)測(cè)溫裝置損壞，使得乙側(cè)煙氣溫度無(wú)法控制。運(yùn)行中僅靠甲側(cè)溫度顯示進(jìn)行調(diào)節(jié)，難以保證乙側(cè)在正常工況下運(yùn)行。從而導(dǎo)致乙側(cè)過(guò)熱器管子嚴(yán)重變形、脹粗、氧化，直至爆管。

（4）鍋爐頻繁啟停，且不能嚴(yán)格按照啟、停爐曲線進(jìn)行操作。長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行，過(guò)熱蒸汽流量減少而使壁溫升高，也是導(dǎo)致爆管的原因之一。

要防止和減少鍋爐過(guò)熱器管不再發(fā)生超溫爆管事故，須采取以下對(duì)策：

（1）修復(fù)鍋爐乙側(cè)測(cè)溫裝置，并在過(guò)熱器的選定回路或元件上安裝測(cè)溫?zé)犭娕迹_保鍋爐運(yùn)行中各受熱元件始終在操作人員的掌控之中。

（2）恢復(fù)鍋爐吹灰裝置，及時(shí)清除鍋爐積灰，嚴(yán)格控制爐膛熱負(fù)荷，在額定負(fù)荷時(shí)，燃煤鍋爐容積熱負(fù)荷不可超過(guò)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，并且盡可能取下限。

（3）設(shè)置超溫報(bào)警系統(tǒng)，確定最高溫度報(bào)警值。

（4）確定鍋爐合理的啟、停程序曲線，要求運(yùn)行人員必須嚴(yán)格執(zhí)行。

（5）要選擇輻射和對(duì)流受熱面的適當(dāng)部位，定期進(jìn)行割管檢查，隨時(shí)掌握管內(nèi)結(jié)垢、腐蝕情況和金屬組織結(jié)構(gòu)變化情況，以便對(duì)癥下藥。

2腐蝕爆管

在對(duì)某電廠鍋爐進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)該鍋爐水冷壁存在大面積腐蝕現(xiàn)象。經(jīng)查閱相關(guān)資料，得知該鍋爐曾因腐蝕造成管壁減薄引起過(guò)爆管停爐事故。本次發(fā)現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象主要集中在燃燒器標(biāo)高層水冷壁的向火側(cè)區(qū)域。

具體腐蝕位置及特征：后墻和右墻水冷壁腐蝕嚴(yán)重，左墻腐蝕較少，而前墻幾乎沒(méi)有腐蝕。腐蝕區(qū)域呈現(xiàn)不規(guī)則的片狀，各腐蝕區(qū)域的分布無(wú)規(guī)律。但每個(gè)腐蝕區(qū)域內(nèi)，腐蝕有明顯的方向性，即一個(gè)腐蝕區(qū)域內(nèi)所有腐蝕均發(fā)生在管壁的一側(cè)。所有被腐蝕的管子外均有一層較厚的細(xì)灰。

從宏觀上看，細(xì)灰在管壁外側(cè)、管壁與鰭片過(guò)渡區(qū)都很圓滑、整齊，看不出有腐蝕現(xiàn)象。將管壁上的細(xì)灰清除干凈后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)細(xì)灰下管壁已被嚴(yán)重腐蝕。管壁被腐蝕的一側(cè)就像被刀切一樣，在管壁上形成了一個(gè)平臺(tái)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)共有132根水冷壁管腐蝕。腐蝕部位管壁實(shí)測(cè)壁厚小于水冷壁管的理論計(jì)算壁厚。

典型的水冷壁高溫腐蝕現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因有以下幾點(diǎn)：

（1）火焰偏移在燃燒器區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)火焰沖墻的現(xiàn)象。一方面造成局部水冷壁壁溫升高，即爐膛右后墻水冷壁壁溫升高較大；另一方面煙氣中未燃盡的煤粉顆粒對(duì)水冷壁管壁的磨損將加速水冷壁管上保護(hù)膜的破壞，加快金屬管壁高溫腐蝕的過(guò)程。

（2）局部區(qū)域存在還原性氣體。由于著火延遲，未燃盡的煤粉在水冷壁附近進(jìn)一步燃燒時(shí)，發(fā)生化學(xué)不完全燃燒反應(yīng)，形成局部缺氧區(qū)，使?fàn)t膛壁面附近處于含有還原性氣體（CO、H2）和腐蝕性氣體（H2S）的煙氣成分之中，沒(méi)有完全燃燒的游離硫和硫化物與金屬管壁發(fā)生反應(yīng)，引起管外壁腐蝕。

有資料表明，煙氣中CO濃度越大，高溫腐蝕就越嚴(yán)重；H2S的濃度大于0.01%時(shí)，就會(huì)對(duì)鋼材產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕作用；而當(dāng)含氧量大于2%時(shí)，基本上不會(huì)發(fā)生高溫腐蝕。

（3）燃煤品質(zhì)低。燃煤中硫含量越大，腐蝕性介質(zhì)濃度越大，高硫煤產(chǎn)生的大量H2S、SO2、SO3、原子硫（S）不僅破壞管壁的Fe2O3保護(hù)膜，還侵蝕管子表面，致使金屬管壁不斷減薄。

（4）煤粉的顆粒過(guò)大。煤粉的顆粒越大，也就越不易燃盡，比較容易形成還原性氣氛，產(chǎn)生管外腐蝕。同時(shí)，顆粒越大，對(duì)壁面的磨損也越嚴(yán)重，破壞了水冷壁管外氧化保護(hù)膜，使煙氣中腐蝕介質(zhì)直接與管壁金屬發(fā)生反應(yīng)，使腐蝕加劇。

（5）過(guò)高的水冷壁管壁溫度。研究表明，H2S等腐蝕性介質(zhì)的腐蝕性在300℃以上逐步增強(qiáng)，即溫度每升高50℃，腐蝕程度將增加一倍。對(duì)于本次檢驗(yàn)的鍋爐，燃燒器區(qū)域的水冷壁管管壁溫度在380℃左右，正處于金屬發(fā)生強(qiáng)烈高溫腐蝕的溫度范圍之內(nèi)。同時(shí)，由于爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)傾斜，爐右的煙溫要大于爐左煙溫，爐后煙溫大于爐前煙溫，使管子局部壁面溫度過(guò)高，易使具有腐蝕性的低熔點(diǎn)化合物黏附在金屬表面，促進(jìn)了管壁高溫腐蝕的發(fā)生。因此爐右和爐后水冷壁高溫腐蝕情況要比爐左和爐前嚴(yán)重得多。

針對(duì)水冷壁高溫腐蝕產(chǎn)生原因，可采取以下預(yù)防措施：

（1）利用空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)的方法，調(diào)整燃燒器噴射角度，防止?fàn)t內(nèi)切圓偏移，避免煙氣對(duì)水冷壁的直接沖刷，防止局部管壁溫度過(guò)高。

（2）加強(qiáng)對(duì)燃料的控制，可通過(guò)燃燒前和燃燒中除硫的方法，降低燃料的含硫量；同時(shí)適當(dāng)控制煤粉細(xì)度，盡可能均勻各燃燒器之間的煤粉濃度分布。

（3）加強(qiáng)對(duì)給水的控制，適當(dāng)提高高溫腐蝕區(qū)域水冷壁管內(nèi)水流速度，降低管壁溫度，嚴(yán)格控制給水品質(zhì)，避免因水冷壁管內(nèi)結(jié)垢而影響換熱，從而導(dǎo)致水冷壁管壁溫度增加。

（4）提高金屬抗腐蝕能力，可采用耐腐蝕高合金鋼，滲鋁管及在管外敷設(shè)碳化硅涂料等表面防護(hù)方式，降低腐蝕速度。

（5）加強(qiáng)燃燒調(diào)整、合理配風(fēng)，以達(dá)到降低水冷壁附近還原性氣氛的目的。

（6）保持氧化性氣氛，保護(hù)爐膛貼壁為氧化性氣氛，可以在貼壁處加入一股空氣流，以沖淡SO2的濃度，使結(jié)積層中分解出來(lái)的SO2向外擴(kuò)散。

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（作者單位：國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司太原分公司）