對鍋爐水冷壁爆管的原因與其解決研究

汪海濤

(麗水市特種設備檢測院,浙江麗水 323000)

對鍋爐水冷壁爆管的原因與其解決研究

汪海濤

(麗水市特種設備檢測院,浙江麗水 323000)

鍋爐水冷壁爆管將直接影響到鍋爐的正常運行,也會對使用效果造成一定的影響。本文通過對鍋爐水冷壁的宏觀檢查、化學物理分析來對爆管原因進行分析,確定根本原因。鍋爐水冷壁爆管的原因多為水循環故障、腐蝕與裂紋等。通過對根本原因的分析,制定出相關的避免水冷壁爆管的有效措施,提高使用效率。

爆管 水冷壁 鍋爐 水循環 壓力容器

1 引言

鍋爐水冷壁爆管是一個嚴重的問題,將會影響到機組的安全穩定運行。由于鍋爐所處的環境較為復雜,在原因分析時,面臨著眾多的困難,涉及到的部門較多。需要采取多種有效的手段對爆管原因進行綜合分析。使用一般的快修模式很難根治問題,即使當次修好后,下次在任何一個時間都有可能再次發生爆管事故,從而帶來不確定因素與安全隱患。

金屬管在超長時間的允許運行溫度環境下使用時,由于蠕變操作影響,材料的缺口敏感性增加,在持續的高溫高壓強度下極易產生爆管。短時過熱主要是指由于冷卻條件惡化,部分管壁溫度在短時間內突然上升,達到鋼管材料臨界點以上溫度。在此時鋼的抗拉強度會急劇下降,在介質壓力作用下,溫度高的將會首先產生塑性變形,管徑漲粗、壁變薄,從而形成爆破,這一過程較為迅速,也稱加速蠕變損傷。

2 鍋爐水冷壁爆管的危害

首先對鍋爐的水冷壁管有一個初步的了解。這一般敷設在鍋爐的爐膛四周,由多根并聯管組成的水冷包殼。水冷壁是鍋爐的主要受熱部位,由多根鋼管組成,吸收膛中的高溫輻射熱量,內部介質受熱后做上升運動,蒸發的氣體或流動的水在管內流動,外部則接受鍋爐的熱。水冷壁管開始的主要作用并非是為了受熱,而是為了使爐膛冷卻,避免受到高溫的破壞,只是取代了汽包,成為鍋爐運行中的主要受熱部分。鍋爐中有50%左右的熱都由水冷壁吸收。現代水管鍋爐以水冷壁當成鍋爐主要的蒸發受熱面。水冷壁的工作條件較為復雜,要承受高溫高壓的工作條件,同時還要受到煙氣側的腐蝕與疲勞損傷,在使用過程中,極容易出現水冷壁管的泄漏問題。

3 鍋爐水冷壁爆管原因分析

鍋爐的水冷壁爆管原因有很多,一般在爆管發生時,會先出現破裂處的蒸汽噴出的聲音,如果嚴重時,將會瞬間出現爆破聲。在發生鍋爐水冷壁爆管時,蒸汽與煙氣將會從門、孔等部位噴出。在鍋爐儀表上可以看出,水位、汽壓與煙氣的溫度將會明顯下降。給水流量與蒸汽流量都會下降。只有充分認識到爆管時的現象,才能進一步對爆管原因進行分析。對于爆管的分析,一般通過宏觀外觀檢查、金相分析以及機械性能分析三種方式,綜合確定出爆管的根本原因。

圖1 鍋爐水冷壁管爆管處外觀

3.1 外觀檢查

對某爆管進行現場查看。發現爐管有明顯的彎曲變形,爆口朝向火面側,為魚唇狀,長度約為55mm,最大開口寬為15mm,爆口處有局部鼓脹,同時也有明顯的減薄,最薄處如刀口。鍋爐水冷壁管爆管處外觀見圖1。

3.2 化學成分分析

2003年汕頭熱電廠某鍋爐發生爆管的水冷壁管位于前墻右角衛燃帶以下,對管道的橫縱向分別使用儀器進行金相檢驗,管道的橫向樣品結果為鐵素體與珠光體,晶粒度為六級,管道的縱向為管內壁腐蝕坑處有0.15mm的氧化層,金相組織也為鐵素體與珠光體,晶粒度為六級,微觀特征正常。

2008吉林石化某公司鍋爐發生爆管事故,通過對爆管的水冷壁管進行金相檢查。破口周圍組織為鐵素體與球化珠光體,部分晶界上有碳化物,裂口有多處蠕脹微裂紋。

4 鍋爐水冷壁爆管原因基理

4.1 水循環故障

對于自然循環的鍋爐來說,爐內的水循環通過管內水的重力下降壓與上升管中的壓力壓差形成的一個循環回路,用于克服上升管的汽水混合物的流動阻力與克服下降管內阻力的有效壓力與剩余壓力相一致。流動壓力穩定時下降管的阻力將會不斷減少,剩余壓力越大,水循環速度將會加快。

飽和的爐水下降時,流速將會增加,產生了流阻,消耗一些能力,造成下降管的入口處靜壓力下降,水可能會汽化,汽泡積累,減少了進入上升管內的水量,上升管管壁的冷卻條件惡化,形成過熱的問題。另外,還有下降管處的汽穴問題。

4.2 水冷壁腐蝕與裂紋

一般水冷壁都會出現腐蝕與磨損的問題,磨損主要出現在一次風口周圍的水冷壁管處,由于風粉流的沖刷與吹灰器的吹掃時造成的沖刷磨損影響。水冷壁磨損的部位主要是在一次風口周圍的水冷壁管,因風粉流沖刷磨損和吹灰器吹掃時的沖刷磨損等引發。當一次風粉混合物吹進入爐膛時,噴燃器角度問題或其他的穩燃設施布置不當時,都可能會使煤粉氣流沖刷水冷壁管,引起管壁磨損不斷變薄,甚至造成破損的問題。

在外觀檢查過程中也可能會發現爆管裂口外一些裂紋開始向外部延伸,邊緣為不平整的鈍邊,并沒有明顯減薄,也就是由細小裂紋在某種壓力因素作用下呈現脆性破壞,內部明確的垢層將會出現脫落。

4.3 氫脆

由于汽水品質不良,內部含有多種雜質,在管的內壁結成以氧化鐵為主的垢層。由于水垢的傳熱特性較差,在其表層下的金屬管壁溫度升高,將會導致滲透到垢下的爐水會快速蒸發,從而無法與爐管中的爐水相混合。垢下爐水中的各種雜質濃度通過不斷積累,將會變得很高,產生游離的氫氧化鈉物質。而在垢下濃縮的氫氧化鈉溶液則具有很強的腐蝕性,化學品的作用使爐管內壁表面的保護膜溶解,這部分鋼與氫氧化鈉產生化學反應生成氫原子和亞鐵酸鈉,亞鐵酸鈉水解為Fe3O2和氫原子。當氫原子不能被水流帶走,便開始向金屬內部滲透,從而產生氫腐蝕。氫腐蝕是一種常見的爆管原因,需要定期清理垢物。

另外爆管的原因很多,鍋爐由于使用時間長,在鍋爐停爐檢修時,檢修人員不小心,把工具遺留在鍋內,當運行時,汽水翻騰,把雜物卡在管內,也容易造成水循環受阻。如果給水中有大量的氧氣、二氧化碳等氣體,也將會對鍋壁造成腐蝕,引起爆管。如果鍋爐水處理不好,水質無法不合格,將會導致管內結垢嚴重;管壁冷卻效果變差,造成管壁溫度升高而過熱脹粗爆管;在鍋爐運行時,很多的企業都不經常排污,使得排污管堵塞,集箱內水垢泥渣大量堆積,水循環肯定會受到影響,造成管壁溫度升高,在得不到冷卻的情況下而過熱爆管。

5 如何防止鍋爐水冷壁爆管問題

5.1 散垢處理

對于污垢對于鍋爐的影響較大,需要引起足夠的重視。首先嚴把化學技術監督,嚴格執行汽水品質跟班取樣化驗的規定,以確保良好的汽水品質。按鍋爐停用時間長短使用不同的保養措施與方法,根據垢量、運行周期適時對鍋爐進行一定程度的酸洗,從而保證水冷壁管的傳熱效果;在鍋爐運行過程中,要加強吹灰管理,制定合理的吹灰程序、參數和吹灰周期,避免發生由于人為操作不當或吹灰設備存在缺陷而造成的受熱面的吹損。

5.2 嚴格工藝紀律

要加強運行管理,運行時認真操作,嚴禁鍋爐超負荷運行,認真按規程升、降負荷,加強對管壁溫度的監視,減少管壁超溫。dcs等系統的投用,不僅使電耗下降,而且煤粉顆粒更均勻,燃燒更安全,避免了燃燒不完全的煤粉顆粒沖刷水冷壁管引起磨損爆管。要控制好一次風速和二次風速。如果一次風速太小,會造成煤粉著火距離噴燃口太近,在運行中,一次風總風壓過低,就可能造成著火距離太近,從而引起燃燒器噴口的過熱變形直至損壞。二次風風速太低也會造成著火距離太近,造成燃燒器噴口的損壞。煤種發生變化,煤質變好,揮發分提高后,一次風噴口的煤粉著火距離變近,運行人員如不能及時調整好一次風和二次風,以適應煤種的變化,會造成燃燒器損壞。

5.3 強化鍋爐制造的檢驗工作

在冷水管與鍋爐制造過程中,要充分做好質量檢驗工作。提高焊接質量要加強焊工的技術培訓,提高焊工技能水平和工作責任心外,還要嚴格按照技術規范,提高焊口無損檢測的質量和水平。以確保壓力容器達到相關的標準與要求,避免在使用過程中出現各類故障。

6 結語

在鍋爐運行中,水冷壁管發生爆管是一種典型的故障問題,嚴重影響到了機組的整體運行。面對爆管問題,要采用正確的方法,通過外觀檢查、金相分析與機械性能研究方面進行綜合分析,以確定出根本原因。在運行與操作過程中,做好鍋爐的保養工作,及時刷洗清除污垢,做到清潔清理。隨著現代材料技術的不斷進步與鍋爐運行操作的不斷規范,鍋爐水冷壁的爆管問題將會不斷減少,從而促進現代鍋爐行業的不斷進步。

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