鍋爐發(fā)生爆管的原因和預防措施

　　引起鍋爐"四管"泄漏的原因較多，其中磨損、腐蝕、過熱、拉裂是導致四管泄漏的主要原因�？偨Y下電防"四管"泄漏管理經(jīng)驗及防磨防爆小組最近10年在下電、托電、盤電、張熱電、石熱等電廠的工作經(jīng)驗，對 鍋爐"四管"爆漏原因進行分析并提出預防措施。鍋爐四管涵蓋了鍋爐的全部受熱面，它們內(nèi)部承受著工質的壓力和一些化學成分的作用，外部承受著高溫、侵蝕和磨損的環(huán)境，在水與火之間進行調和，是能量傳遞集中的所在，所以很容易發(fā)生失效和泄漏問題。據(jù)歷年不完全統(tǒng)計鍋爐"四管"爆漏占火力發(fā)電機組各類非計劃停運原因之首。鍋爐一旦發(fā)生"四管"爆漏，增加非計劃停運損失，增大檢修工作量，有時還可能釀成事故，嚴重影響火力發(fā)電廠安全、經(jīng)濟運行。
一、原因分析
1.過熱
受熱面過熱后，管材金屬溫度超過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，最后導致超溫爆 破。因此，超溫導致過熱，使設備安全系數(shù)降低，應嚴格控制蒸汽溫度的上限。過熱分長期過熱和短期過熱，長期過熱是指管壁溫度長期處于設計溫度以上而低于材 料的下臨界溫度，超溫幅度不大但時間較長，鍋爐管子發(fā)生碳化物球化，管壁氧化減薄，持久強度下降，蠕變速度加快，使管徑均勻脹粗，最后在管子的最薄弱部位 導致脆裂的爆管現(xiàn)象。過熱器和再熱器是鍋爐承壓受熱面中工質溫度和金屬溫度最高的部件，而汽側換熱效果又相對較差，所以過熱現(xiàn)象多出現(xiàn)在這兩個受熱面中。長期超溫爆管主要發(fā)生在高溫過熱器的外圈和高溫再熱器的向火面。低溫過熱器、低溫再熱器的向火面均可能發(fā)生長期超溫爆管。長期過熱爆 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。短期過熱是指當管壁溫度超過材 料的下臨界溫度時，材料強度明顯下降，在內(nèi)壓力作用下，發(fā)生脹粗和爆管現(xiàn)象。短期過熱常發(fā)生在過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 多凹坑構成);爆口周圍管子材料的硬度顯著升高;爆口周圍內(nèi)、外壁氧化皮的厚度，取決于短時超溫爆管前長時超溫的程度，長時超溫程度越嚴重，氧化皮越厚。 如果存在爐膛高度設計偏低，火焰中心偏后、受熱面偏大、受熱面選材裕度不夠或錯用材料、動力工況差、蒸汽質量流速偏低和受熱面結構不合理等因素，都會造成 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流動不暢、斷路、短路等情況，會導致受熱面的超溫;運行 中如果出現(xiàn)燃燒控制不當、火焰后移、爐膛出口煙溫高或爐內(nèi)熱負荷偏差大，燃燒不完全引起煙道二次燃燒，減溫水投停不當、管內(nèi)結垢等情況，也會造成受熱面過 熱。加強運行調整和監(jiān)視，控制管壁超溫是預防過熱的主要措施。
2.腐蝕
導致受熱面高溫腐蝕的主要原因是爐內(nèi)燃燒不良和煙氣動力場不合理，控制局部煙溫，保證管壁不超溫，防止低熔點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)生結渣，在周圍處于一定溫度和還原性氣體條件下，會產(chǎn)生較為嚴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系，CO濃度大的地方腐蝕就大。管壁溫度對腐蝕的影響也很大，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荷較高、管壁溫度較高的區(qū)域，如燃燒器附近。過熱器、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熱器、再熱器的壁溫較高，尤其是左右兩側煙溫相差較大時，腐蝕現(xiàn)象也相當嚴重。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，以免引起局部過高的壁溫而使腐蝕速度增大。低溫腐蝕是指硫酸蒸汽凝結在尾部受熱面上而發(fā)生的腐蝕，這種腐蝕也稱硫酸腐蝕。它一般出現(xiàn)在低溫級空氣預熱器的冷端。當帶有SO3的煙氣流經(jīng)尾部受熱面時，當尾部受熱面的壁溫低于酸露點時水蒸氣在管壁上凝結成水，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以上，通常在燃用高硫燃料的鍋爐中加裝暖風器或采用熱風再循環(huán)，但是進風溫度越高，排煙溫度也會越高，排煙熱損失就越大，所以為了保證鍋爐的經(jīng)濟運行，排煙溫度的提高也就受到了限制。正常運行情況下，鍋爐并不會引起管內(nèi)腐蝕與結垢。品質良好的給水中帶有少量雜質，通過爐水處理成為水渣或膠狀物質，溶解在水中通過排污排出。當給水品質不良時，爐水中的Fe、Cu、Ca、Mg、SiO2等雜質在蒸發(fā)受熱面內(nèi)被濃縮，并從鍋水中游離出來附著在管內(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，導致管壁過熱鼓包或破裂。鍋爐受熱面在停用時與不合格水或濕空氣接觸，受空氣中O2、CO2和SO2的影響會生管內(nèi)化學腐蝕。在給水含氧超標時，也會使省煤器內(nèi)壁產(chǎn)生點狀氧腐蝕。鍋爐"四管"受熱面的腐蝕主要是管外的腐蝕和水品質不合格引起的管內(nèi)化學腐蝕。當腐 蝕嚴重時，可導致腐蝕爆管事故發(fā)生。煙氣對管壁的高溫腐蝕，主要是灰中的堿金屬在高溫下升華，與煙氣中的SO3生成復合硫酸鹽，在550-710℃范圍內(nèi) 呈液態(tài)凝結在管壁上，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，受熱面管子迎風面加裝護鐵或涂耐磨涂料等。煤粉鍋爐受熱面的飛灰磨損和機械磨損，是影響鍋爐長期安全運行的主要原因。飛灰磨損的機理是攜帶有灰粒和未完全燃燒燃料顆料的高速煙 氣通過受熱面時，粒子對受熱面的每次撞擊都會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，其結果都將加速受熱面的磨損。長時間受磨損而變薄的管壁，由于強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。運行中發(fā)生嚴重泄漏時，可發(fā)現(xiàn)兩側煙溫偏差，不及時停爐處理，往往會加大泄漏范圍，并殃及其他受熱面的安全。。造成嚴重飛灰磨損的原因是結構因素， 設計、安裝與檢修的不足都可能導致磨損加劇。在省煤器邊排管與爐墻之間、省煤器彎頭與爐墻之間、再熱器與兩側墻之間存在一個煙氣走廊。這個區(qū)域由于煙氣流 動阻力小，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重。位于煙氣走廊的省煤器、再熱器的彎頭，過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、吹灰器和三次風噴嘴附近水冷壁等處也是煤粉磨 損較為嚴重的部位。在安裝、運行和檢修過程中，如果受熱而管子未固定牢或管卡受熱變形，管排就會發(fā)生振動并與管卡發(fā)生碰撞磨損，也要造成機械磨損而漏泄。