鍋爐過熱器爆管分析及處理

摘要：過熱器是鍋爐中將一定壓力下的飽和水蒸汽加熱成相應壓力下的過熱水蒸汽的受熱面。管子外徑一般為30～60毫米，通常都布置在鍋爐煙溫較高的區域。特別是屏式過熱器的外圈管，它不但受到爐膛火焰的直接輻射，熱負荷較高，而且由于屏管結構的差異，其受熱面積大，流阻大，流量小，所以很容易發生超溫爆管。

關鍵詞：燃煤鍋爐 受熱面 過熱器爆管

一、鍋爐過熱器爆管的原因分析

引起鍋爐過熱器爆管的常見原因有：選材裕度不足、爐膛高度偏低、蒸汽重量流速偏低、結構布置欠妥、受熱面積過大、磨損、焊接質量問題等。

1、高溫腐蝕：過熱器的高溫腐蝕有蒸汽側腐蝕和煙氣側腐蝕。

（1 ）蒸汽側腐蝕

過熱器管子在400℃以上時，可產生蒸汽腐蝕。化學反應過程如下：3+ 4O = Fe3O4 + 4。蒸汽腐蝕后所產生的氫氣，如果不能較快地被氣流帶走，就會與鋼材發生作用，使鋼材表面脫碳并使之變脆。

（2）煙氣側腐蝕

在高溫對流過熱器出口部位的幾排蛇形管，管壁溫度通常都在550℃以上，因

此會發生煙氣腐蝕。化學反應過程如下：O + SO3 = SO4，化學反應過程如下：3SO4（結積物 + Fe2O3（飛灰）+ 3SO3（煙氣）= 2Fe（SO4）3。

2、超溫爆管

超溫爆管主要是由于金屬管壁的溫度工況超過材質所允許的溫度極限而引起的金屬管子失效，它分為短時過熱爆管和長時過熱爆管。短時超溫爆管基本上由于機組處于變工況運行引起，長時超溫爆管影響因素較多，受熱功當量面積灰、結垢、不合理的燃燒調整引起。影響金屬壁溫度的因素，從傳熱學上講，它們主要體現在煙氣側的熱負荷及蒸汽側的對流換熱系數上。

（1）長時超溫爆管

額定溫度指鋼材在設計壽命下運行的允許最高溫度，也可指工作時的額定溫度，只要超出上述溫度的一種即為長時超溫爆管。該超溫的管子鋼由于原子擴散加劇，導致鋼材組織發生變化，使蠕變速度加快，導致管子爆破損壞。爆管大多發生在高溫過熱器管出口段的向火側及管子彎頭處。

（2）短時超溫爆管

超負荷運行會使對流過熱器出口溫度普遍升高，加劇了超溫現象，以致管子蠕變加速;起動不正常而使燃燒發生劇烈變化、升壓速度快或爐膛發生滅火放炮等都會引起管子超溫;管內臟物或鹽垢堵塞，會造成汽水循環不良，引起管子局部過熱而很快導致爆管。

3、熱偏差

偏差管內工質溫度與管組工質溫度平均值的偏差越大，該管段金屬管壁平均溫度就越高，使管子因過熱而爆管。影響熱偏差的因素有煙氣側不均勻和蒸汽流量不均勻。

（1）煙氣側不均勻。一是爐內燃燒工況的變化。如燃料性質、空氣量、配風、燃燒器運行方式等變化，均會影響爐內的傳熱工況，從而導致汽溫發生變化。二是受熱面的清潔程度。運行中受熱面結渣、積灰或管內結垢，將會使受熱面換熱量變化，從而引起汽溫發生變化。

（2）蒸汽流量不均勻。流體在管內流動時，有許多因素使并列管子間流量分配不均。另外，吸熱不均也會造成流量不均。影響流量不均勻的因素：

（3）爐膛火焰中心位置。燃煤性質變差（如揮發分降低）;煤粉細度R90增大;爐膛漏風增大;燃燒器配風不當（如過量空氣系數過大）;爐膛高度設計偏低;燃燒器布置偏高等都會引起火焰中心上移，造成過熱器超溫。

（4）其他原因。過熱器本身積灰、結渣或管內結垢，均會增加傳熱阻力，使得傳熱變差，發生超溫。

4、負荷變化

當外界負荷增加時，過熱器中的蒸汽質量流量隨之增大，a2也會增加。低負荷運行狀況下的過熱器爆管，由于蒸汽質量流量較高負荷下小得多，因此a2也小，則對流冷卻管壁的能力較差，容易造成管壁壁溫升高。

二、防止爆管采取的處理措施

1、高溫腐蝕。防止高溫腐蝕的方法有控制局部煙溫，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;在燃煤鍋爐中加入CaSO4和MgSO4等附加劑;易發生高溫腐蝕的區域采用表面防護層或設置擋板;除去管子表面的附著物等等。

2、超溫爆管。一是長時超溫爆管防止措施。對高溫蠕變型可通過改進受熱面、使介質流量分配合理;改善爐內燃燒、防止燃燒中心偏高;進行化學清洗，去除異物、沉積物等方法預防。對應力氧化裂紋型因管子壽命已接近設計壽命，可將損壞的管子予以更換。對氧化減薄型應完善過熱器的保護措施。二是短時超溫爆管防止措施。預防短期過熱的方法有改進受熱面，使介質流量分配合理;穩定運行工況，改善爐內燃燒，防止燃燒中心偏離;進行化學清洗;去除異物、沉積物。

3、處理措施的注意事項

（1）合理調節過熱汽溫。

（2）充分利用大、小修對鍋爐過熱器管進行宏觀檢查。

（3）提高焊接水平，減小焊接缺陷，加強焊接檢查。

（4）提高吹灰器的投入率。保證吹灰器疏水暢通，嚴防蒸汽帶水。

（5）加裝鍋爐過熱器爆管測溫元件和報警裝置，密切監視鍋爐過熱器管報警情況。

（6）提高高加的投入率。

（7）燃燒調整。合理調整風粉量過剩空氣量，使煤粉在爐內充分燃燒。保證磨組在最佳狀態運行，嚴格控制煤粉細度。

三、典型案例分析

華塑熱電廠2013年5月4號#1爐后屏過熱器固定端至擴建側第四屏#3、4管發生爆管泄漏。該后屏過熱器爆管屬短時超溫爆管，是由第4排第3、4圈外彎頭處發生泄漏造成的。由于爆管引起兩點（后屏過熱器壁溫36，01TE0336和末級再熱器壁溫7，01TE0407）小幅超溫。

異常跡象：5月3日發現#1爐43米IK2吹灰器（A側折焰角）附近有異常汽流聲，通知鍋爐值班。4日對#1爐IK2吹灰器處泄漏進行多次檢查，發現泄漏聲音較同負荷略有增大，且機組補水率有所上升，分析為可能泄漏增大，請繼續關注。#1機組負荷270MW，室外#1爐側聲音突然變大，爐膛負壓瞬間+336Pa，凝汽器補水量由10t/h增大至60t/h。

爆管分析

1、宏觀檢查

1號來樣：（位于第4排第4圈直管段，爆口附近有縱向氧化鐵層;管壁明顯脹粗，有韌性斷裂的特征）

2號來樣：（位于第4排第4圈，在彎頭的外彎處有兩個小爆口）

3號來樣：（位于第4排第3圈，在彎頭的內彎處有兩個小爆口）

2、金相分析

1號直管處爆口情況

爆口組織：變形鐵素體+球化變形的貝氏體+碳化物;組織正常。

背火面：外壁有0.07 mm的脫碳層，有一個晶粒的微裂紋;組織為鐵素體+貝氏體+碳化物，組織球化，是5級球化標準中的3～4級。

2號外彎處爆口情況

爆口組織：爆口邊緣夾雜物較多，是4級評級標準中的2～3級;組織為鐵素體+碳化物（夾雜物），組織完全球化，是5級球化標準中的4級。

背火面：內壁氧化層厚約0.09 mm，有較多的夾雜物;組織球化，是5級球化標準中的4級。

3號內彎爆口處情況

爆口組織：爆口內壁氧化層厚約0.09 mm;組織為奧氏體+孿晶，組織正常。

背火面：有1級夾雜物;組織正常。

3、 爆口原因分析

從2號外彎爆口看：該爆口邊緣組織中夾雜物超標，組織球化嚴重，有嚴重的超溫現象。一般認為，夾雜物對金屬的損害較多，會破壞金屬母體的連續性，降低金屬的塑性和強度，導致應力集中。在高溫運行下，夾雜物的熔融或軟化會降低金屬在熱態下的強度，導致金屬開裂發生泄漏。

由于2號外彎爆口發生泄漏，又將3號彎管內彎處吹損吹漏。又由于2號外彎爆口不停泄漏，造成2號管整個管路水流量減少管壁溫度升高，當溫度高于鋼材的A1臨界點或達到、超過A3臨界點時就發生爆管。

四、結束語

鍋爐過熱器爆管是目前火電廠安全生產的較大威脅。本文以實際生產運行、檢修為基礎，結合實際對鍋爐過熱器爆管進行了一些針對性的分析，并提出了預防鍋爐過熱器爆管的主要措施。為了預防過熱器管超溫，在運行中應嚴格按運行規程規定操作，鍋爐啟停時應嚴格按啟停曲線進行，控制鍋爐參數和過熱器管壁溫度在允許范圍內;嚴密監視鍋爐蒸汽參數、蒸發量及水位等主要指標，防止超溫超壓、滿水、缺水事故發生;做好鍋爐燃燒調整，防止火焰偏斜，減少熱偏差;加強吹灰和吹灰器管理，防止受熱面嚴重積灰;保證鍋爐給水品質正常及運行中汽水品質合格等。

參考文獻

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作者簡介：劉付可（1986.09-），男，漢族，安徽省阜陽市，大專（函授本科），助理工程師/車間主任，安徽華塑股份有限公司。