鍋爐發(fā)生爆管的原因和預(yù)防措施

　　引起鍋爐"四管"泄漏的原因較多，其中磨損、腐蝕、過(guò)熱、拉裂是導(dǎo)致四管泄漏的主要原因。總結(jié)下電防"四管"泄漏管理經(jīng)驗(yàn)及防磨防爆小組最近10年在下電、托電、盤(pán)電、張熱電、石熱等電廠的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì) 鍋爐"四管"爆漏原因進(jìn)行分析并提出預(yù)防措施。鍋爐四管涵蓋了鍋爐的全部受熱面，它們內(nèi)部承受著工質(zhì)的壓力和一些化學(xué)成分的作用，外部承受著高溫、侵蝕和磨損的環(huán)境，在水與火之間進(jìn)行調(diào)和，是能量傳遞集中的所在，所以很容易發(fā)生失效和泄漏問(wèn)題。據(jù)歷年不完全統(tǒng)計(jì)鍋爐"四管"爆漏占火力發(fā)電機(jī)組各類(lèi)非計(jì)劃停運(yùn)原因之首。鍋爐一旦發(fā)生"四管"爆漏，增加非計(jì)劃停運(yùn)損失，增大檢修工作量，有時(shí)還可能釀成事故，嚴(yán)重影響火力發(fā)電廠安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
一、原因分析
1.過(guò)熱
受熱面過(guò)熱后，管材金屬溫度超過(guò)允許使用的極限溫度，發(fā)生內(nèi)部組織變化，降低了許用應(yīng)力，管子在內(nèi)壓力下產(chǎn)生塑性變形，使用壽命明顯減少，最后導(dǎo)致超溫爆 破。因此，超溫導(dǎo)致過(guò)熱，使設(shè)備安全系數(shù)降低，應(yīng)嚴(yán)格控制蒸汽溫度的上限。過(guò)熱分長(zhǎng)期過(guò)熱和短期過(guò)熱，長(zhǎng)期過(guò)熱是指管壁溫度長(zhǎng)期處于設(shè)計(jì)溫度以上而低于材 料的下臨界溫度，超溫幅度不大但時(shí)間較長(zhǎng)，鍋爐管子發(fā)生碳化物球化，管壁氧化減薄，持久強(qiáng)度下降，蠕變速度加快，使管徑均勻脹粗，最后在管子的最薄弱部位 導(dǎo)致脆裂的爆管現(xiàn)象。過(guò)熱器和再熱器是鍋爐承壓受熱面中工質(zhì)溫度和金屬溫度最高的部件，而汽側(cè)換熱效果又相對(duì)較差，所以過(guò)熱現(xiàn)象多出現(xiàn)在這兩個(gè)受熱面中。長(zhǎng)期超溫爆管主要發(fā)生在高溫過(guò)熱器的外圈和高溫再熱器的向火面。低溫過(guò)熱器、低溫再熱器的向火面均可能發(fā)生長(zhǎng)期超溫爆管。長(zhǎng)期過(guò)熱爆 管的破口形貌，具有蠕變斷裂的一般特性，管子破口呈脆性斷口特征，爆口粗糙，邊緣為不平整的鈍邊，爆口處管壁厚度減薄不多。短期過(guò)熱是指當(dāng)管壁溫度超過(guò)材 料的下臨界溫度時(shí)，材料強(qiáng)度明顯下降，在內(nèi)壓力作用下，發(fā)生脹粗和爆管現(xiàn)象。短期過(guò)熱常發(fā)生在過(guò)熱器的向火面直接和火焰接觸及直接受輻射熱的受熱面管子 上。
爆口塑性變形大，管徑有明顯脹粗，管壁減薄呈刀刃狀;一般情況下爆口較大呈喇叭狀;爆口呈典型的薄唇形爆破;爆口的微觀為韌窩(斷口由許 多凹坑構(gòu)成);爆口周?chē)�管子材料的硬度顯著升高;爆口周?chē)鷥?nèi)、外壁氧化皮的厚度，取決于短時(shí)超溫爆管前長(zhǎng)時(shí)超溫的程度，長(zhǎng)時(shí)超溫程度越嚴(yán)重，氧化皮越厚。 如果存在爐膛高度設(shè)計(jì)偏低，火焰中心偏后、受熱面偏大、受熱面選材裕度不夠或錯(cuò)用材料、動(dòng)力工況差、蒸汽質(zhì)量流速偏低和受熱面結(jié)構(gòu)不合理等因素，都會(huì)造成 受熱面超溫或存在較大的熱偏差及局部超溫;在制造、安裝和檢修中，如果出現(xiàn)管內(nèi)異物堵塞而造成工質(zhì)流動(dòng)不暢、斷路、短路等情況，會(huì)導(dǎo)致受熱面的超溫;運(yùn)行 中如果出現(xiàn)燃燒控制不當(dāng)、火焰后移、爐膛出口煙溫高或爐內(nèi)熱負(fù)荷偏差大，燃燒不完全引起煙道二次燃燒，減溫水投停不當(dāng)、管內(nèi)結(jié)垢等情況，也會(huì)造成受熱面過(guò) 熱。加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整和監(jiān)視，控制管壁超溫是預(yù)防過(guò)熱的主要措施。
2.腐蝕
導(dǎo)致受熱面高溫腐蝕的主要原因是爐內(nèi)燃燒不良和煙氣動(dòng)力場(chǎng)不合理，控制局部煙溫，保證管壁不超溫，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，盡量減少熱偏差是減輕高溫腐蝕的重要措施。水冷壁上如果產(chǎn)生結(jié)渣，在周?chē)�處于一定溫度和還原性氣體條件下，會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的水冷壁管外腐蝕。水冷壁的高溫腐蝕和還原性氣體的存在有著密切的關(guān)系，CO濃度大的地方腐蝕就大。管壁溫度對(duì)腐蝕的影響也很大，在300～500℃范圍內(nèi)，管壁外表面溫度每升高50℃，腐蝕程度則增加一倍。水冷壁高溫腐蝕部位多在熱負(fù)荷較高、管壁溫度較高的區(qū)域，如燃燒器附近。過(guò)熱器、再熱器區(qū)還原性氣體比爐內(nèi)低，腐蝕速度一般比水冷壁小。但是大容量鍋爐的過(guò)熱器、再熱器的壁溫較高，尤其是左右兩側(cè)煙溫相差較大時(shí)，腐蝕現(xiàn)象也相當(dāng)嚴(yán)重。在腐蝕溫度范圍內(nèi)，除選用耐腐蝕的合金鋼和奧氏體鋼外，應(yīng)控制爐膛出口煙溫的升高和煙溫偏差等因素，以免引起局部過(guò)高的壁溫而使腐蝕速度增大。低溫腐蝕是指硫酸蒸汽凝結(jié)在尾部受熱面上而發(fā)生的腐蝕，這種腐蝕也稱(chēng)硫酸腐蝕。它一般出現(xiàn)在低溫級(jí)空氣預(yù)熱器的冷端。當(dāng)帶有SO3的煙氣流經(jīng)尾部受熱面時(shí)，當(dāng)尾部受熱面的壁溫低于酸露點(diǎn)時(shí)水蒸氣在管壁上凝結(jié)成水，煙氣中的SO3氣體溶于水中，形成H2SO4溶液，從而腐蝕管壁金屬即為低溫腐蝕。預(yù)防低溫腐蝕的方法最常用的方法是提高入口空氣溫度，保證尾部受熱面壁溫在酸露點(diǎn)以上，通常在燃用高硫燃料的鍋爐中加裝暖風(fēng)器或采用熱風(fēng)再循環(huán)，但是進(jìn)風(fēng)溫度越高，排煙溫度也會(huì)越高，排煙熱損失就越大，所以為了保證鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，排煙溫度的提高也就受到了限制。正常運(yùn)行情況下，鍋爐并不會(huì)引起管內(nèi)腐蝕與結(jié)垢。品質(zhì)良好的給水中帶有少量雜質(zhì)，通過(guò)爐水處理成為水渣或膠狀物質(zhì)，溶解在水中通過(guò)排污排出。當(dāng)給水品質(zhì)不良時(shí)，爐水中的Fe、Cu、Ca、Mg、SiO2等雜質(zhì)在蒸發(fā)受熱面內(nèi)被濃縮，并從鍋水中游離出來(lái)附著在管內(nèi)表面，形成水垢，水垢的傳熱系數(shù)只有鋼管的1/200，影響傳熱，并使壁溫上升，導(dǎo)致管壁過(guò)熱鼓包或破裂。鍋爐受熱面在停用時(shí)與不合格水或濕空氣接觸，受空氣中O2、CO2和SO2的影響會(huì)生管內(nèi)化學(xué)腐蝕。在給水含氧超標(biāo)時(shí)，也會(huì)使省煤器內(nèi)壁產(chǎn)生點(diǎn)狀氧腐蝕。鍋爐"四管"受熱面的腐蝕主要是管外的腐蝕和水品質(zhì)不合格引起的管內(nèi)化學(xué)腐蝕。當(dāng)腐 蝕嚴(yán)重時(shí)，可導(dǎo)致腐蝕爆管事故發(fā)生。煙氣對(duì)管壁的高溫腐蝕，主要是灰中的堿金屬在高溫下升華，與煙氣中的SO3生成復(fù)合硫酸鹽，在550-710℃范圍內(nèi) 呈液態(tài)凝結(jié)在管壁上，破壞管壁表面的氧化膜，即發(fā)生高溫腐蝕。

　3.磨損
預(yù)防磨損的方法主要是減小煙氣走廊，均勻氣流，受熱面管子迎風(fēng)面加裝護(hù)鐵或涂耐磨涂料等。煤粉鍋爐受熱面的飛灰磨損和機(jī)械磨損，是影響鍋爐長(zhǎng)期安全運(yùn)行的主要原因。飛灰磨損的機(jī)理是攜帶有灰粒和未完全燃燒燃料顆料的高速煙 氣通過(guò)受熱面時(shí)，粒子對(duì)受熱面的每次撞擊都會(huì)梳離掉極微量的金屬，從而逐漸使受熱面管壁變薄，煙速越高灰粒對(duì)管壁的撞擊力就越大;煙氣攜帶的灰粒越多(飛 灰濃度越大)，撞擊的次數(shù)就越多，其結(jié)果都將加速受熱面的磨損。長(zhǎng)時(shí)間受磨損而變薄的管壁，由于強(qiáng)度降低造成管子泄漏。受熱面飛灰磨損泄漏、爆管有明顯的 宏觀特征，管壁減薄，外表光滑。運(yùn)行中發(fā)生嚴(yán)重泄漏時(shí)，可發(fā)現(xiàn)兩側(cè)煙溫偏差，不及時(shí)停爐處理，往往會(huì)加大泄漏范圍，并殃及其他受熱面的安全。。造成嚴(yán)重飛灰磨損的原因是結(jié)構(gòu)因素， 設(shè)計(jì)、安裝與檢修的不足都可能導(dǎo)致磨損加劇。在省煤器邊排管與爐墻之間、省煤器彎頭與爐墻之間、再熱器與兩側(cè)墻之間存在一個(gè)煙氣走廊。這個(gè)區(qū)域由于煙氣流 動(dòng)阻力小，局部煙速可增大到平均煙速的兩倍，甚至更大，造成這些地方管子磨損嚴(yán)重。位于煙氣走廊的省煤器、再熱器的彎頭，過(guò)熱器下彎頭及管卡附近的邊排管 和穿墻管部位是飛灰磨損較為嚴(yán)重的部位，特別在省煤器區(qū)，煙氣溫度已較低，灰粒變硬，磨損更為突出。噴燃器、吹灰器和三次風(fēng)噴嘴附近水冷壁等處也是煤粉磨 損較為嚴(yán)重的部位。在安裝、運(yùn)行和檢修過(guò)程中，如果受熱而管子未固定牢或管卡受熱變形，管排就會(huì)發(fā)生振動(dòng)并與管卡發(fā)生碰撞磨損，也要造成機(jī)械磨損而漏泄。