鍋爐過(guò)熱器爆管分析及處理

摘要：過(guò)熱器是鍋爐中將一定壓力下的飽和水蒸汽加熱成相應(yīng)壓力下的過(guò)熱水蒸汽的受熱面。管子外徑一般為30～60毫米，通常都布置在鍋爐煙溫較高的區(qū)域。特別是屏式過(guò)熱器的外圈管，它不但受到爐膛火焰的直接輻射，熱負(fù)荷較高，而且由于屏管結(jié)構(gòu)的差異，其受熱面積大，流阻大，流量小，所以很容易發(fā)生超溫爆管。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐 受熱面 過(guò)熱器爆管

一、鍋爐過(guò)熱器爆管的原因分析

引起鍋爐過(guò)熱器爆管的常見(jiàn)原因有：選材裕度不足、爐膛高度偏低、蒸汽重量流速偏低、結(jié)構(gòu)布置欠妥、受熱面積過(guò)大、磨損、焊接質(zhì)量問(wèn)題等。

1、高溫腐蝕：過(guò)熱器的高溫腐蝕有蒸汽側(cè)腐蝕和煙氣側(cè)腐蝕。

（1 ）蒸汽側(cè)腐蝕

過(guò)熱器管子在400℃以上時(shí)，可產(chǎn)生蒸汽腐蝕?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程如下：3+ 4O = Fe3O4 + 4。蒸汽腐蝕后所產(chǎn)生的氫氣，如果不能較快地被氣流帶走，就會(huì)與鋼材發(fā)生作用，使鋼材表面脫碳并使之變脆。

（2）煙氣側(cè)腐蝕

在高溫對(duì)流過(guò)熱器出口部位的幾排蛇形管，管壁溫度通常都在550℃以上，因

此會(huì)發(fā)生煙氣腐蝕?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程如下：O + SO3 = SO4，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如下：3SO4（結(jié)積物 + Fe2O3（飛灰）+ 3SO3（煙氣）= 2Fe（SO4）3。

2、超溫爆管

超溫爆管主要是由于金屬管壁的溫度工況超過(guò)材質(zhì)所允許的溫度極限而引起的金屬管子失效，它分為短時(shí)過(guò)熱爆管和長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱爆管。短時(shí)超溫爆管基本上由于機(jī)組處于變工況運(yùn)行引起，長(zhǎng)時(shí)超溫爆管影響因素較多，受熱功當(dāng)量面積灰、結(jié)垢、不合理的燃燒調(diào)整引起。影響金屬壁溫度的因素，從傳熱學(xué)上講，它們主要體現(xiàn)在煙氣側(cè)的熱負(fù)荷及蒸汽側(cè)的對(duì)流換熱系數(shù)上。

（1）長(zhǎng)時(shí)超溫爆管

額定溫度指鋼材在設(shè)計(jì)壽命下運(yùn)行的允許最高溫度，也可指工作時(shí)的額定溫度，只要超出上述溫度的一種即為長(zhǎng)時(shí)超溫爆管。該超溫的管子鋼由于原子擴(kuò)散加劇，導(dǎo)致鋼材組織發(fā)生變化，使蠕變速度加快，導(dǎo)致管子爆破損壞。爆管大多發(fā)生在高溫過(guò)熱器管出口段的向火側(cè)及管子彎頭處。

（2）短時(shí)超溫爆管

超負(fù)荷運(yùn)行會(huì)使對(duì)流過(guò)熱器出口溫度普遍升高，加劇了超溫現(xiàn)象，以致管子蠕變加速;起動(dòng)不正常而使燃燒發(fā)生劇烈變化、升壓速度快或爐膛發(fā)生滅火放炮等都會(huì)引起管子超溫;管內(nèi)臟物或鹽垢堵塞，會(huì)造成汽水循環(huán)不良，引起管子局部過(guò)熱而很快導(dǎo)致爆管。

3、熱偏差

偏差管內(nèi)工質(zhì)溫度與管組工質(zhì)溫度平均值的偏差越大，該管段金屬管壁平均溫度就越高，使管子因過(guò)熱而爆管。影響熱偏差的因素有煙氣側(cè)不均勻和蒸汽流量不均勻。

（1）煙氣側(cè)不均勻。一是爐內(nèi)燃燒工況的變化。如燃料性質(zhì)、空氣量、配風(fēng)、燃燒器運(yùn)行方式等變化，均會(huì)影響爐內(nèi)的傳熱工況，從而導(dǎo)致汽溫發(fā)生變化。二是受熱面的清潔程度。運(yùn)行中受熱面結(jié)渣、積灰或管內(nèi)結(jié)垢，將會(huì)使受熱面換熱量變化，從而引起汽溫發(fā)生變化。

（2）蒸汽流量不均勻。流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，有許多因素使并列管子間流量分配不均。另外，吸熱不均也會(huì)造成流量不均。影響流量不均勻的因素：

（3）爐膛火焰中心位置。燃煤性質(zhì)變差（如揮發(fā)分降低）;煤粉細(xì)度R90增大;爐膛漏風(fēng)增大;燃燒器配風(fēng)不當(dāng)（如過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大）;爐膛高度設(shè)計(jì)偏低;燃燒器布置偏高等都會(huì)引起火焰中心上移，造成過(guò)熱器超溫。

（4）其他原因。過(guò)熱器本身積灰、結(jié)渣或管內(nèi)結(jié)垢，均會(huì)增加傳熱阻力，使得傳熱變差，發(fā)生超溫。

4、負(fù)荷變化

當(dāng)外界負(fù)荷增加時(shí)，過(guò)熱器中的蒸汽質(zhì)量流量隨之增大，a2也會(huì)增加。低負(fù)荷運(yùn)行狀況下的過(guò)熱器爆管，由于蒸汽質(zhì)量流量較高負(fù)荷下小得多，因此a2也小，則對(duì)流冷卻管壁的能力較差，容易造成管壁壁溫升高。

二、防止爆管采取的處理措施

1、高溫腐蝕。防止高溫腐蝕的方法有控制局部煙溫，防止低熔點(diǎn)腐蝕性化合物貼附在金屬表面上;使煙氣流程合理，盡量減少熱偏差;在燃煤鍋爐中加入CaSO4和MgSO4等附加劑;易發(fā)生高溫腐蝕的區(qū)域采用表面防護(hù)層或設(shè)置擋板;除去管子表面的附著物等等。

2、超溫爆管。一是長(zhǎng)時(shí)超溫爆管防止措施。對(duì)高溫蠕變型可通過(guò)改進(jìn)受熱面、使介質(zhì)流量分配合理;改善爐內(nèi)燃燒、防止燃燒中心偏高;進(jìn)行化學(xué)清洗，去除異物、沉積物等方法預(yù)防。對(duì)應(yīng)力氧化裂紋型因管子壽命已接近設(shè)計(jì)壽命，可將損壞的管子予以更換。對(duì)氧化減薄型應(yīng)完善過(guò)熱器的保護(hù)措施。二是短時(shí)超溫爆管防止措施。預(yù)防短期過(guò)熱的方法有改進(jìn)受熱面，使介質(zhì)流量分配合理;穩(wěn)定運(yùn)行工況，改善爐內(nèi)燃燒，防止燃燒中心偏離;進(jìn)行化學(xué)清洗;去除異物、沉積物。

3、處理措施的注意事項(xiàng)

（1）合理調(diào)節(jié)過(guò)熱汽溫。

（2）充分利用大、小修對(duì)鍋爐過(guò)熱器管進(jìn)行宏觀檢查。

（3）提高焊接水平，減小焊接缺陷，加強(qiáng)焊接檢查。

（4）提高吹灰器的投入率。保證吹灰器疏水暢通，嚴(yán)防蒸汽帶水。

（5）加裝鍋爐過(guò)熱器爆管測(cè)溫元件和報(bào)警裝置，密切監(jiān)視鍋爐過(guò)熱器管報(bào)警情況。

（6）提高高加的投入率。

（7）燃燒調(diào)整。合理調(diào)整風(fēng)粉量過(guò)?？諝饬浚姑悍墼跔t內(nèi)充分燃燒。保證磨組在最佳狀態(tài)運(yùn)行，嚴(yán)格控制煤粉細(xì)度。

三、典型案例分析

華塑熱電廠2013年5月4號(hào)#1爐后屏過(guò)熱器固定端至擴(kuò)建側(cè)第四屏#3、4管發(fā)生爆管泄漏。該后屏過(guò)熱器爆管屬短時(shí)超溫爆管，是由第4排第3、4圈外彎頭處發(fā)生泄漏造成的。由于爆管引起兩點(diǎn)（后屏過(guò)熱器壁溫36，01TE0336和末級(jí)再熱器壁溫7，01TE0407）小幅超溫。

異常跡象：5月3日發(fā)現(xiàn)#1爐43米IK2吹灰器（A側(cè)折焰角）附近有異常汽流聲，通知鍋爐值班。4日對(duì)#1爐IK2吹灰器處泄漏進(jìn)行多次檢查，發(fā)現(xiàn)泄漏聲音較同負(fù)荷略有增大，且機(jī)組補(bǔ)水率有所上升，分析為可能泄漏增大，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注。#1機(jī)組負(fù)荷270MW，室外#1爐側(cè)聲音突然變大，爐膛負(fù)壓瞬間+336Pa，凝汽器補(bǔ)水量由10t/h增大至60t/h。

爆管分析

1、宏觀檢查

1號(hào)來(lái)樣：（位于第4排第4圈直管段，爆口附近有縱向氧化鐵層;管壁明顯脹粗，有韌性斷裂的特征）

2號(hào)來(lái)樣：（位于第4排第4圈，在彎頭的外彎處有兩個(gè)小爆口）

3號(hào)來(lái)樣：（位于第4排第3圈，在彎頭的內(nèi)彎處有兩個(gè)小爆口）

2、金相分析

1號(hào)直管處爆口情況

爆口組織：變形鐵素體+球化變形的貝氏體+碳化物;組織正常。

背火面：外壁有0.07 mm的脫碳層，有一個(gè)晶粒的微裂紋;組織為鐵素體+貝氏體+碳化物，組織球化，是5級(jí)球化標(biāo)準(zhǔn)中的3～4級(jí)。

2號(hào)外彎處爆口情況

爆口組織：爆口邊緣夾雜物較多，是4級(jí)評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中的2～3級(jí);組織為鐵素體+碳化物（夾雜物），組織完全球化，是5級(jí)球化標(biāo)準(zhǔn)中的4級(jí)。

背火面：內(nèi)壁氧化層厚約0.09 mm，有較多的夾雜物;組織球化，是5級(jí)球化標(biāo)準(zhǔn)中的4級(jí)。

3號(hào)內(nèi)彎爆口處情況

爆口組織：爆口內(nèi)壁氧化層厚約0.09 mm;組織為奧氏體+孿晶，組織正常。

背火面：有1級(jí)夾雜物;組織正常。

3、 爆口原因分析

從2號(hào)外彎爆口看：該爆口邊緣組織中夾雜物超標(biāo)，組織球化嚴(yán)重，有嚴(yán)重的超溫現(xiàn)象。一般認(rèn)為，夾雜物對(duì)金屬的損害較多，會(huì)破壞金屬母體的連續(xù)性，降低金屬的塑性和強(qiáng)度，導(dǎo)致應(yīng)力集中。在高溫運(yùn)行下，夾雜物的熔融或軟化會(huì)降低金屬在熱態(tài)下的強(qiáng)度，導(dǎo)致金屬開(kāi)裂發(fā)生泄漏。

由于2號(hào)外彎爆口發(fā)生泄漏，又將3號(hào)彎管內(nèi)彎處吹損吹漏。又由于2號(hào)外彎爆口不停泄漏，造成2號(hào)管整個(gè)管路水流量減少管壁溫度升高，當(dāng)溫度高于鋼材的A1臨界點(diǎn)或達(dá)到、超過(guò)A3臨界點(diǎn)時(shí)就發(fā)生爆管。

四、結(jié)束語(yǔ)

鍋爐過(guò)熱器爆管是目前火電廠安全生產(chǎn)的較大威脅。本文以實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行、檢修為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際對(duì)鍋爐過(guò)熱器爆管進(jìn)行了一些針對(duì)性的分析，并提出了預(yù)防鍋爐過(guò)熱器爆管的主要措施。為了預(yù)防過(guò)熱器管超溫，在運(yùn)行中應(yīng)嚴(yán)格按運(yùn)行規(guī)程規(guī)定操作，鍋爐啟停時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按啟停曲線進(jìn)行，控制鍋爐參數(shù)和過(guò)熱器管壁溫度在允許范圍內(nèi);嚴(yán)密監(jiān)視鍋爐蒸汽參數(shù)、蒸發(fā)量及水位等主要指標(biāo)，防止超溫超壓、滿水、缺水事故發(fā)生;做好鍋爐燃燒調(diào)整，防止火焰偏斜，減少熱偏差;加強(qiáng)吹灰和吹灰器管理，防止受熱面嚴(yán)重積灰;保證鍋爐給水品質(zhì)正常及運(yùn)行中汽水品質(zhì)合格等。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：劉付可（1986.09-），男，漢族，安徽省阜陽(yáng)市，大專（函授本科），助理工程師/車(chē)間主任，安徽華塑股份有限公司。