火電機(jī)組鍋爐爐管沉積物類(lèi)型及防止爆管措施

王威

摘?要：分析了鍋爐爐管內(nèi)沉積物的形成原因、類(lèi)型、危害、主要特征以及減少和防止鍋爐受熱面產(chǎn)生沉積物和鍋爐爆管的措施方法，做好技術(shù)監(jiān)督工作，保證機(jī)組的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：鍋爐爐管；沉積物；防止爆管措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TB?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.24.079

鍋爐爐管內(nèi)沉積物的形成與爐管過(guò)熱、爐管過(guò)負(fù)荷以及汽水品質(zhì)不良、發(fā)生水汽相變、工質(zhì)擾動(dòng)和爐管管材表面有缺陷等多種因素有關(guān)。由于鍋爐爐管產(chǎn)生沉積物增加了熱阻，不僅增加排煙溫度，使煤耗升高，降低鍋爐效率，還會(huì)造成有沉積物的部分爐管金屬超溫，甚至發(fā)生鍋爐爆管事故。因此，應(yīng)對(duì)爐管內(nèi)沉積物的產(chǎn)生以及造成危害要進(jìn)行充分認(rèn)識(shí)并采取相應(yīng)措施，對(duì)出現(xiàn)沉積物的爐管進(jìn)行必要的檢查和處理，減少或避免機(jī)組的非停事故。

1?鍋爐爐管內(nèi)沉積物的形成原因、類(lèi)型

鍋爐爐管內(nèi)沉積物主要有以下幾種：

（1）氧腐蝕沉積物；

（2）鈣鎂和硅酸鹽沉積物；

（3）磷酸鹽沉積物；

（4）水汽系統(tǒng)中鐵氧化物沉積物；

（5）高溫鐵氧化物沉積物；

（6）鍋爐爐管內(nèi)表面凹凸不平累積的沉積物；

（7）彎管段水汽沖刷形成的沉積物；

（8）更換的爐管內(nèi)積存的沉積物。

其中1～5種，是爐管腐蝕或水汽中產(chǎn)生的，6～8種是由于爐管內(nèi)工質(zhì)擾動(dòng)或管子存在原始問(wèn)題形成的。

1.1?氧腐蝕沉積物

氧腐蝕沉積物的特征是腐蝕產(chǎn)物堆積鼓包。鼓包的直徑從1毫米到20毫米甚至30毫米不等，也稱(chēng)為潰瘍腐蝕。鼓包表面的顏色呈黃褐色、磚紅色或黑褐色，次層是黑色粉末狀物質(zhì)。沉積物表面的顏色不同是因?yàn)楦g產(chǎn)物由不同的中間化合物或晶態(tài)不同的物質(zhì)組成。將這些腐蝕產(chǎn)物除去之后，可看到一些大小不一的腐蝕坑。如果鍋爐采用“熱爐放水、?余熱烘干”保護(hù)方法，幾個(gè)月后受熱面管內(nèi)壁就會(huì)產(chǎn)生較明顯的氧腐蝕形態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間停爐受熱面管內(nèi)壁就會(huì)產(chǎn)生較深的氧腐蝕坑。氧腐蝕形成的腐蝕沉積物，不進(jìn)行清理或化學(xué)清洗則不會(huì)完全脫離或消失。在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中由于爐管溫度、溶解氧含量的變化，氧腐蝕形成的腐蝕沉積物會(huì)逐步轉(zhuǎn)化成致密的氧化鐵沉積層。

1.2?鈣鎂和硅酸鹽沉積物

如果爐水有硬度或是爐水中二氧化硅含量較大時(shí)，會(huì)在爐管內(nèi)壁表面形成水垢。當(dāng)蒸汽中鐵、鋁、鈉、硅含量較大時(shí)，易在爐管內(nèi)壁表面和汽輪機(jī)高壓通流表面形成難溶的鋁鈉硅氧化物（如：方沸石（Na2O·Al2O3·4SiO2）和硅酸鹽水垢。

水垢的導(dǎo)熱系數(shù)比鋼材低幾十到幾百倍。如果爐管內(nèi)壁積水垢較厚，爐管壁溫會(huì)明顯升高，不僅降低鍋爐效率，還會(huì)造成有沉積物的爐管金屬超溫，甚至發(fā)生鍋爐爆管事故。

1.3?磷酸鹽沉積物

產(chǎn)生“磷酸鹽隱藏”的原因之一是在水冷壁管存在超溫、湍流沖刷和有沉積物分布的管段時(shí)，近壁層爐水會(huì)劇烈蒸發(fā)使?fàn)t水中的磷酸鈉鹽被濃縮到其飽和濃度，在爐管內(nèi)壁表面結(jié)晶析出磷酸鈉鹽的固相沉積物?！傲姿猁}隱藏”的出現(xiàn)使水冷壁管內(nèi)近壁層爐水中產(chǎn)生游離NaOH，可能引起爐管金屬的堿性腐蝕。磷酸鹽隱藏的特征是：在負(fù)荷增加時(shí)，爐水中的磷酸鹽濃度降低，pH值增加；負(fù)荷降低時(shí)，爐水中磷酸鹽含量增加，pH值降低。原因之二是析出沉積的酸性磷酸鹽

Na2.85H0.15PO4、Na2HPO4和NaH2PO4的混合物與爐管內(nèi)壁上的Fe3O4膜發(fā)生反應(yīng)，在金屬表面上生成鈉鐵復(fù)合磷酸鹽NaFePO4固相附著物。此時(shí)“磷酸鹽隱藏”引起爐管的酸性腐蝕。酸性磷酸鹽腐蝕與堿性腐蝕產(chǎn)物有兩個(gè)明顯區(qū)別的層，外層呈黑色，內(nèi)層呈透明的灰色，主要是NaFePO4。?腐蝕產(chǎn)物中存在NaFePO4是酸性磷酸鹽腐蝕的一個(gè)關(guān)鍵特征。?近十余年隱藏以來(lái)，汽包鍋爐爐水處理多已采用低磷酸鹽等處理工藝，基本消除了嚴(yán)重的磷酸鹽問(wèn)題。但部分機(jī)組由于凝汽器、熱網(wǎng)換熱器發(fā)生泄漏以及停備用啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)沖洗不合格，為了控制爐水參數(shù)和避免爐管沉積鈣鎂垢，在短時(shí)間內(nèi)加入濃度較高的磷酸鹽時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“磷酸鹽隱藏”問(wèn)題。

1.4?鐵氧化物沉積物

水汽中氧化鐵在爐管表面主要沉積在熱負(fù)荷高的爐管管壁上，如燃燒器附近、偏燒、水動(dòng)力不足、工質(zhì)擾動(dòng)流向后管段以及結(jié)焦或落焦接觸的爐管等處。高參數(shù)和大容量鍋爐當(dāng)水汽鐵含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)也會(huì)產(chǎn)生氧化鐵垢。?超臨界機(jī)組的給水和蒸汽的鐵含量標(biāo)準(zhǔn)值和期望值分別是小于等于5μg/L和3μg/L。亞臨界機(jī)組的給水和蒸汽的鐵含量標(biāo)準(zhǔn)值和期望值分別是小于等于10?μg/L和5μg/L。研究表明，當(dāng)爐管的局部熱負(fù)荷達(dá)到350000W/m2時(shí)，爐水含鐵量只要超過(guò)10?μg/L，就會(huì)產(chǎn)生氧化鐵沉積。

機(jī)組實(shí)際運(yùn)行表明，蒸汽中鐵含量達(dá)到期望值，?才可以基本避免在汽輪機(jī)通流表面產(chǎn)生氧化鐵沉積垢層，鍋爐達(dá)到10年不需要進(jìn)行化學(xué)清洗的水平。結(jié)垢量大的主要原因是未實(shí)施給水加氧處理工藝。

1.5?高溫氧化鐵沉積物

當(dāng)水、蒸汽溫度超過(guò)450℃時(shí)，水汽可與碳鋼、鉻鎳合金鋼中的鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2），這種化學(xué)腐蝕稱(chēng)為汽水腐蝕。生成以Fe3O4為主要成分的多孔疏松的沉積物。汽水腐蝕的程度與金屬管材的耐高溫水汽氧化的性能有關(guān)。當(dāng)機(jī)組實(shí)施給水加氧工藝后，F(xiàn)e3O4氧化為Fe2O3，在金屬表面形成密實(shí)的氧化鐵，連續(xù)且致密與金屬緊密結(jié)合氧化膜對(duì)抑制金屬管材的高溫水汽和氧腐蝕具有一定的作用。

防止汽水腐蝕的主要措施就是防止?fàn)t管金屬過(guò)熱。如：消除局部水動(dòng)力不足、偏燒、原始管段表面狀況不良等問(wèn)題，其次是選用合適的耐熱鋼等方法。

1.6?爐管內(nèi)表面凹凸不平造成的氧化鐵沉積物

當(dāng)雷諾數(shù)小于臨界值時(shí)，一定條件下的水汽在比較光潔的平直、平滑（半徑滿(mǎn)足一定流速下要求）的直管和彎管中以層流狀態(tài)流動(dòng)，但是當(dāng)爐管內(nèi)表面存在高出或低于管內(nèi)表面的焊縫（類(lèi)似流量孔板、節(jié)流、減壓孔板）、對(duì)接相同直徑管段但不同心、異經(jīng)管段對(duì)接未倒角、局部堆積腐蝕產(chǎn)物等情況時(shí)，在這些部位工質(zhì)流向的后部管段會(huì)出現(xiàn)旋流、汽液兩相、膜態(tài)蒸發(fā)區(qū)域，隨著遠(yuǎn)離產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)的部位，爐水逐步恢復(fù)層流狀態(tài)。

爐管內(nèi)表面凹凸不平造成的氧化鐵沉積物一般是致密的、較厚的垢層，形成了垢下濃縮腐蝕環(huán)境。如果爐水和蒸汽質(zhì)量不高或某一階段超標(biāo)劣化，可能短時(shí)間內(nèi)在垢下形成鹽類(lèi)濃縮和腐蝕，造成穿孔、氫脆等破壞。

1.7?彎管段水汽沖刷形成的沉積物

鍋爐受熱面中人孔、看火孔等有許多彎管管段，易產(chǎn)生沖刷腐蝕。如果彎管曲率不當(dāng)，在彎管出口段內(nèi)側(cè)會(huì)出現(xiàn)紊流沖刷較強(qiáng)烈點(diǎn)位，產(chǎn)生FAC（流動(dòng)加速腐蝕），造成彎管內(nèi)側(cè)局部減薄較嚴(yán)重甚至穿孔情況，其沖刷腐蝕產(chǎn)物沉積在沖刷部位后的管段上形成了垢層。

1.8??因原始爐管問(wèn)題形成的沉積物

如果準(zhǔn)備更換的爐管內(nèi)表面有銹蝕、沙土等附著物，應(yīng)進(jìn)行徹底清理。如果清理不徹底，鍋爐運(yùn)行后成為腐蝕和結(jié)垢部位。沙土溶解，增大水汽中鈣、鎂、鈉、鋁、硅等雜質(zhì)沙含量。如果爐管已存在明顯的腐蝕坑點(diǎn)，這些腐蝕坑點(diǎn)容易成為腐蝕陽(yáng)極點(diǎn)和積存溶解鹽類(lèi)，進(jìn)一步發(fā)生腐蝕。

2?減少和防止鍋爐受熱面沉積物以及爆管的措施

在機(jī)組啟停、運(yùn)行過(guò)程中要做好減少和防止鍋爐受熱面產(chǎn)生沉積物以及鍋爐爆管的措施，以降低鍋爐爆管的風(fēng)險(xiǎn)，保證機(jī)組正常穩(wěn)定安全運(yùn)行。

2.1?保證機(jī)組給水、爐水水質(zhì)滿(mǎn)足達(dá)標(biāo)或更好要求

安裝并投用凝汽器檢漏裝置，同時(shí)檢測(cè)高低背壓側(cè)凝汽器水樣。各熱網(wǎng)加熱器在疏水側(cè)設(shè)置氫電導(dǎo)率在線(xiàn)儀表。電導(dǎo)率信號(hào)接到值班室并設(shè)置聲光報(bào)警。根據(jù)過(guò)濾器除鐵效率和出水質(zhì)量做好擦洗操作。高速混床應(yīng)100%氫型運(yùn)行，出水質(zhì)量滿(mǎn)足GB/T?12145—2016《火力發(fā)電廠及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》的期望值。?優(yōu)化機(jī)組水汽處理工藝，具備加氧條件應(yīng)實(shí)施給水加氧處理工藝。汽包鍋爐濕冷機(jī)組宜實(shí)施低磷酸鹽或氫氧化鈉處理工藝，空冷機(jī)組熱網(wǎng)換熱器基本不泄漏條件下宜實(shí)施全揮發(fā)處理。

2.2?提高機(jī)組停運(yùn)保養(yǎng)效果

目前比較有效的機(jī)組常用的中長(zhǎng)期停用保護(hù)方法有：（1）氨水堿化烘干加抽真空法；（2）充氮法；（3）熱風(fēng)吹干法；（4）成膜法。

停用保護(hù)的目的是：（1）使機(jī)組熱力系統(tǒng)管道和設(shè)備內(nèi)的濕度低于60%；（2）避免空氣進(jìn)入熱力系統(tǒng)。有效的停用保護(hù)效果可以避免機(jī)組停用期間氧腐蝕的發(fā)生、基本消除爐管沉積物中濃縮雜質(zhì)鹽類(lèi)水解的電化學(xué)腐蝕。經(jīng)驗(yàn)表明，較好執(zhí)行氨水堿化烘干加抽真空法的機(jī)組，可以在12?h內(nèi)實(shí)現(xiàn)機(jī)組帶負(fù)荷，在帶負(fù)荷8?h內(nèi)機(jī)組各項(xiàng)水汽指標(biāo)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。熱力系統(tǒng)凈化沖洗用水量在800?t以?xún)?nèi)，冷熱態(tài)沖洗排水鐵含量不大于500?μg/L。

2.3?嚴(yán)格執(zhí)行機(jī)組啟動(dòng)熱力系統(tǒng)凈化措施和指標(biāo)

最有效的熱力系統(tǒng)凈化方法是凝汽器、除氧器、鍋爐整體放水，啟動(dòng)前進(jìn)行人工清掃。除氧器加熱蒸汽在除氧器上水后便可以投用。利用廠用蒸汽加熱系統(tǒng)進(jìn)行鍋爐熱態(tài)沖洗，可以實(shí)現(xiàn)不用點(diǎn)火實(shí)現(xiàn)鍋爐的熱態(tài)沖洗要求，還可以提高爐膛溫度，避免冷爐點(diǎn)火冒黑煙。

熱力系統(tǒng)的冷、熱態(tài)沖洗要做到熱力系統(tǒng)逐級(jí)進(jìn)行，前級(jí)系統(tǒng)沖洗不合格，不能進(jìn)入下一級(jí)。給水、爐水水質(zhì)不合格時(shí)鍋爐不能升參數(shù)，蒸汽參數(shù)不合格時(shí)不能沖轉(zhuǎn)。計(jì)算機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中熱力系統(tǒng)凈化時(shí)冷、熱態(tài)沖洗用水量、?沖洗水鐵含量的高低、滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間以及帶負(fù)荷后水汽指標(biāo)滿(mǎn)足運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間，對(duì)機(jī)組停用保護(hù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)、總結(jié)和改進(jìn)。

2.4?鍋爐更換爐管時(shí)的檢查和處理

備用管段要端口密封，定期檢查，防止空氣進(jìn)入出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。安裝前對(duì)封口缺失的管子用儀用壓縮空氣吹掃，鍋爐換管垢量超過(guò)35?g/m2時(shí)應(yīng)采取化學(xué)清洗方法除掉銹蝕產(chǎn)物。換管數(shù)量達(dá)到爐管數(shù)量的30%且垢量超過(guò)40?g/m2時(shí)，宜整爐進(jìn)行化學(xué)清洗。

2.5?鍋爐改造時(shí)的注意事項(xiàng)

鍋爐增加受熱面、延長(zhǎng)或縮短管排、形成新的爐墻孔洞時(shí)應(yīng)系統(tǒng)性考慮鍋爐水動(dòng)力、彎管曲度，并考慮運(yùn)行時(shí)受熱面熱負(fù)荷的情況。選用不易產(chǎn)生沖刷腐蝕的材料或選用壁厚管段用于彎管沖刷部位。

2.6?靈活性和深度調(diào)峰機(jī)組的注意事項(xiàng)

監(jiān)測(cè)靈活性調(diào)峰、深度調(diào)峰過(guò)程中鍋爐熱負(fù)荷分布情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)爐管壁溫較高的管段，注意檢查燃燒器、爐墻固定鋼架等有外部焊接件的爐管運(yùn)行溫度，這些管段由于部位和空間限制，可能存在焊接影響不良區(qū)域，造成金屬材料性能降低，在正常運(yùn)行溫度下也會(huì)形成高溫氧化沉積物而出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。這些部位因有固定點(diǎn)或外掛設(shè)備，存在拉應(yīng)力或在負(fù)荷高低變化時(shí)的交變應(yīng)力，容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂或腐蝕疲勞問(wèn)題。

2.7?機(jī)組檢修重點(diǎn)檢查部位

加強(qiáng)高熱負(fù)荷、超溫、結(jié)焦、有外部焊點(diǎn)、彎管處有焊縫等部位爐管的檢查，加強(qiáng)鍋爐改造后爐管的檢查。及時(shí)更換存在問(wèn)題的管段。鍋爐水冷壁割管檢查垢量大于等于DL/T794《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》規(guī)定時(shí)，應(yīng)安排進(jìn)行化學(xué)清洗。對(duì)于運(yùn)行時(shí)間超過(guò)50000小時(shí)的鍋爐，應(yīng)結(jié)合割管垢量數(shù)據(jù)、金屬材料性能確定是否進(jìn)行化學(xué)清洗。靈活性、深度調(diào)峰的機(jī)組，垢量未達(dá)到清洗規(guī)定，但年限超出規(guī)定年限，建議安排化學(xué)清洗，消除沉積物帶來(lái)的安全隱患。

2.8?做好技術(shù)監(jiān)督和問(wèn)題整改工作

按照鍋爐、化學(xué)等專(zhuān)業(yè)技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則的規(guī)定，制定技術(shù)監(jiān)督的臺(tái)賬種類(lèi)和格式。將機(jī)組調(diào)試、運(yùn)行、啟動(dòng)過(guò)程中的水汽、爐管壁溫、停用保護(hù)、檢修檢查垢量、重點(diǎn)部位檢查信息、技術(shù)改造等數(shù)據(jù)和信息填寫(xiě)在臺(tái)賬中。歷史數(shù)據(jù)是技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和事故分析的基礎(chǔ)，應(yīng)將各種數(shù)據(jù)臺(tái)賬按照工作職責(zé)分配到相應(yīng)崗位人員，確保技術(shù)監(jiān)督數(shù)據(jù)和信息的可靠性、完整性和連貫性。

3?結(jié)束語(yǔ)

鍋爐爐管沉積物的形成有熱負(fù)荷、水汽品質(zhì)、水汽相變、流體擾動(dòng)和管材狀態(tài)不佳等多種影響因素。沉積物會(huì)造成爐管過(guò)熱、鹽類(lèi)濃縮和垢下腐蝕，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致?tīng)t管泄漏甚至爆管。根據(jù)機(jī)組啟停及運(yùn)行時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和事故經(jīng)驗(yàn)，主動(dòng)采取檢查、檢測(cè)和合理的處理措施，是減少鍋爐受熱面產(chǎn)生沉積物和降低爆管風(fēng)險(xiǎn)的有效方法。

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