注汽鍋爐爐管爆管影響因素分析及對策探討

陳其海

【摘 要】油田注汽在運行中由于各種原因易造成爐管腐蝕及損耗，影響爐管的使用壽命，在注汽生產中可能出現爆管事故，影響鍋爐的安全平穩運行。本文結合多年來從事注汽現場操作經驗對影響注汽爐管爆管的因素進行了全面系統地分析，通過采取針對性的措施，加強爐管的維護與運行管理，提高爐管的安全運行系數，確保了鍋爐的優化、經濟、安全運行。

【關鍵詞】注汽鍋爐；爆管；因素；對策

1.注汽鍋爐的基本結構及工作流程

注汽鍋爐由本體設備和輔助設備組成。本體設備包括汽水系統、燃燒系統、爐殼和爐襯；輔助設備包括燃燒設備、電氣系統、供水設備及附件等組成。它的工作流程是這樣的：經過計量的水進入給水預熱器，使給水溫度提高到露點以上，以避免煙氣中的硫酸蒸汽凝結在對流段的翅片管上造成低溫腐蝕。經預熱的水進入對流段，吸收約40%的熱量，使水溫升高，再次進入預熱器損失一部分熱量，水溫有所下降，然后進入輻射段，吸收約60%的熱量，達到設計壓力下相對應的飽和溫度，干度為80%的飽和蒸汽，經分離器送入注汽管網。

2.爐管爆管的影響因素分析及對策

注汽鍋爐的爐管包括對流段的爐管和輻射段的爐管，它們均為單路直管，呈水平往復排列。通過對多年來的檢驗情況分析，可以將爐管發生爆管的原因歸納為以下幾方面：

2.1注汽鍋爐爐管材質不良或有嚴重缺陷

注汽鍋爐輻射段爐管必須采用鍋爐用高壓無縫鋼管，它對材料的高溫性能、晶粒度，內外壁脫碳，沖擊值等都有明確的要求，不允許有白點和裂紋，并要求供貨方進行100%無損探傷。進入制造廠后，還應做必要的復查，防止不同鋼號的無縫爐管混用。萬一混用以低代高，其鍋爐無縫爐管的可焊性降低，高溫性能差或韌性不足，強度無法保證，如果未進行無損探傷，管材存在的氣孔、白點、疏松、分層及非金屬夾雜物等缺陷，將影響注汽鍋爐的安全運行。注汽鍋爐爐管常用的牌號主要是20G和15CrMo，執行GB5310和YB（T）32標準，制造過程及材料應符合《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》。

2.2火焰偏燒

油田注汽鍋爐以原油作燃料，發熱量大，燃燒效率高。如果燃燒器角度調整不合理，會出現偏心現象，會使局部爐管熱量集中，致使受熱面爐管金屬溫度升高，而其強度下降，這一部分材料處于屈服狀態下就會發生鼓包。另外因過熱變形的部位的金屬壁溫在800℃以上，發生脫碳，脫碳的結果使鋼材的強度、硬度、疲勞極限提高，但塑性明顯下降，鋼材脆性增加，發生變形或鼓包時，如不及時發現處理或處理不當將導致爐管爆炸事故的發生。

2.3爐管腐蝕

金屬腐蝕，按其本質的不同分為化學腐蝕和電化學腐蝕。鍋爐中的腐蝕一般都是電化學腐蝕。腐蝕，可能是整體的，也可能是局部的；可以是均勻的，也可以是不均勻的。因此鍋爐爐管的腐蝕有的地方比另一些地方快一些或快的多，而形成局部凹坑。影響爐管腐蝕主要是溶解氧含量與PH值：

2.3.1溶解氧的腐蝕

溶解氧是引起鍋爐金屬發生電化學腐蝕的一個重要原因，水中溶解氧含量越多，金屬腐蝕越嚴重。其腐蝕原理是鐵的電極電位總比氧的電極電位低，所以在鐵、氧腐蝕電池中，鐵是陽極，遭到腐蝕，反應式：Fe→Fe2++2e

氧為陰極，進行還原，反應式：O2+2H2O+4e→4OH-

爐管遭到腐蝕所產生的產物，在溶液中會進一步和水中某些物質發生反應，稱為二次過程，造成的產物稱為二次產物。其過程為：

Fe2++2OH→Fe（OH）2

4Fe（OH）2+2H2O+O2→4Fe（OH）3

Fe（OH）2+2Fe（OH）3→Fe3O4+4H2O

一旦在爐管表面形成一點腐蝕，就不能阻止其繼續腐蝕，隨著腐蝕不斷擴大，腐蝕所帶來的二次產物不斷增加，腐蝕越深。

2.3.2 PH值

水的PH值是對金屬腐蝕速度影響很大，當PH值小于4時，PH值越低，腐蝕速度越大，這主要是有H+充分去極化所引起的。而且不能形成保護膜，這時多數情況下受到均勻腐蝕；當PH在中性點附近時，腐蝕速度隨PH值的變化很小；當PH值大于8時，隨PH增大，腐蝕速度降低，因為OH-濃度增加時，在鐵的表面會形成保護膜。

2.4煙氣沖刷

注汽鍋爐在燃燒過程中，因煙氣的流動會對爐管表面產生沖刷而造成磨損。當燃燒參數不匹配或燃料含雜質過多時，將加劇煙氣對爐管表面的沖刷。因為當油壓、油溫、霧化等燃燒參數發生波動時，導致燃料在爐內不完全燃燒，易產生灰垢、焦狀顆粒，這些物質隨著煙氣的流動，加劇爐管表面的磨損力度，導致爐管厚度的損失。同時燃料中所含有的雜質，在燃燒中隨煙氣沖刷爐管表面，降低爐管管壁平均厚度。

2.5注汽鍋爐運行參數調整不合理

注汽鍋爐的給水量/燃料消耗量（即火焰大小）/風量三者參數調節不合理，如火量大、給水量小，將使輻射段爐管長期處于高溫狀態，工作溫度為357℃時爐膛的火焰溫度在1000～1200℃之間，很容易造成輻射段金屬壁過熱及熱疲勞，爐管長期在這種高溫工作的過程中，會使鋼材的金相組織不斷發生變化，這種變化也導致性能的改變，最終發生爆管。

2.6給水硬度高

給水硬度高，爐管很快結垢，則傳熱性變差，燃料燃燒的熱量不能迅速地傳遞給爐水，致使爐膛和煙氣的溫度進一步升高。故受熱面兩側的溫差增大，爐管的溫度升高，時間一長因超溫而爆管。

2.7起停爐操作不規范

注汽鍋爐的點火程序分為：準備-前吹掃-保持-引燃-主火焰-運行-后吹掃，當主火焰被點燃先用小火燃燒，檢查各配套工件狀態正常后，正式將爐子并到自動狀態。鍋爐需要正常停爐時，停爐程序是：將鍋爐從大火調到中火-小火狀態，直至全部關閉，同時風機、水泵繼續運行，其風量大小與泵排量大小也應根據鍋爐緩慢冷卻來定，鍋爐經4～5h冷卻之后方可打開人孔門自然通風，同時，鍋爐出口介質溫度也應緩慢冷卻，到80℃時，保持一段時間后可將爐管內的水放掉。如果停爐，直接關閉火源，將造成各部件溫度不均爐管發生損壞，嚴重時造成焊口開裂。

3.認識與結論

（1）嚴格按操作程序進行操作，避免人為因素引起事故的發生；

（2）嚴格控制水質指標，確保能夠在達標的情況下使用，以盡可能地減少爐管的腐蝕。控制溶解氧的含量至少低于0.01mg/L，盡量減少給水硬度，減少水中碳酸鹽的含量，通過添加NaOH將用水PH值調整到7.5-8.3之間，降低爐管腐蝕速度。

（3）加強鍋爐燃燒參數的跟蹤采集與鍋爐燃燒火焰的監測力度，及時調整燃燒器的角度，確保注汽鍋爐運行參數匹配良好，避免不完全燃燒與偏燒現象的發生，確保鍋爐在良好狀態下工作。

（4）定期地做好鍋爐清灰、測厚工作，并將油嘴、旋風板拆下來，用柴油進行清洗，清除其中的雜物，確保燃燒狀態良好。

（5）做好燃料過濾器保養工作，定期對過濾器進行清理，確保燃料供給清潔、連續，降低燃料雜質含量。

（6）加強注汽鍋爐停機時爐管的保養注汽鍋爐停用期間發生的腐蝕，不僅直接引起金屬的腐蝕，而且會造成再運行時腐蝕的隱患。因為停用中被腐蝕后，氧化鐵大量增加，當鍋爐再運行時，氧化鐵成為運行時氧的代用品，又參加到陰極反應的過程中去。隨著注汽鍋爐運行和停用的交替，腐蝕也隨之發生了惡性循環。因此，在注汽鍋爐停運時，應采用干法保養或氣體保養。

【參考文獻】

[1] 許振清等.油田專用注汽鍋爐爐管爆管原因分析 《腐蝕與防護》 2005 第1期