過熱器爆管原因分析和預防措施

1、某電廠鍋爐過熱器爆管原因分析和預防措施趙文俠，張懿君（陜西省燃氣設計院，陜西 西安 710043）摘要：針對一起過熱器爆管事故的原因進行綜合分析，并對癥提出預防措施。關鍵詞：鍋爐；過熱器；爆管；原因分析；措施1 前言某熱電廠一臺型號為SHL20-1.6/350-AII的雙鍋筒橫置式鏈條爐排蒸汽鍋爐（如下圖），投入運行三個月出現(xiàn)過熱器爆管事故，影響鍋爐的安全運行，為盡快查出事故產(chǎn)生的根本原因，鍋爐生產(chǎn)廠家與使用單位相關人員對過熱器爆管的原因進行綜合分析，并提出預防措施，從而提高鍋爐運行的安全性和可靠性。2 鍋爐蒸汽過熱器結(jié)構(gòu)形式和爆管情況過熱器的結(jié)構(gòu)形式較多，按照傳熱方式的不同，過熱器可分為對流

2、、輻射及半輻射三種形式，受熱面管子根據(jù)管內(nèi)工質(zhì)溫度和所處區(qū)域熱負荷的大小分別采用不同的材料和壁厚。本電廠鍋爐的過熱器采用雙管圈對流式過熱器，過熱器蛇形管材料采用15CrMoG，管壁厚為3.0mm。本過熱器系統(tǒng)流程如下：飽和蒸汽由汽包引出，經(jīng)過過熱器蛇形管進入過熱器進口集箱，在進口集箱內(nèi)通過面式減溫器調(diào)溫后，再通過過熱器蛇形管進入過熱器的出口集箱，從出口集箱通過管道引出。爆管情況如下：鍋爐投入運行三個月后，工作人員發(fā)現(xiàn)爐膛負壓減少，甚至轉(zhuǎn)變?yōu)檎龎?，嚴重時爐膛附近的爐門、看火孔及爐膛不嚴密處向外冒煙，于是立即停爐，停爐后檢查發(fā)現(xiàn)該鍋爐的過熱器蛇形管有爆管，爆裂的管子外表有嚴重氧化現(xiàn)象，甚至分層脫落

3、剝殼。3 過熱器爆管原因的綜合分析毋容置疑，過熱器爆管都是材料在長時間高溫下蠕變伴隨高溫氧化的結(jié)果，該鍋爐產(chǎn)生過熱的原因有以下兩點：（1）鍋爐負荷問題1用戶在生產(chǎn)時期，電廠用汽設備用汽不均衡，不穩(wěn)定，造成該鍋爐在部分時間段處于低負荷狀態(tài)運行，最低時負荷僅有6t/h（鍋爐額定負荷為20t/h）。尤其是過熱器，當用汽停止或少量用汽時，司爐人員未采取向外排汽措施，過熱器出口集箱也隨之停止出汽或少量出汽，過熱器管處于未被冷卻或者不良冷卻狀態(tài)，而此時由于燃煤鍋爐熱慣性大的特點，鍋爐熱負荷卻并未很快減弱，致使過熱器蛇形管處于過燒狀態(tài)。幾經(jīng)反復，導致過熱器蛇形管在運行初期就發(fā)生爆管事故。（2）水處理設備的配

4、置和運行不太完善2該鍋爐的供水系統(tǒng)中只配有鈉離子交換器，現(xiàn)場雖有對給水和鍋水的檢測和分析，但項目不全，如鍋水的溶解固形物未加檢測和控制。從過熱器積垢層存有鈣離子來看，鈉離子交換器運行似乎不太正常，給水的硬度可能偏高，可能有時對樹脂還原處理不及時，致使交換器的工作狀況惡化，鍋爐給水質(zhì)量下降，當蒸汽有帶水現(xiàn)象時，必然造成過熱器內(nèi)產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。其次，過熱器蛇形管內(nèi)可能同時產(chǎn)生嚴重積鹽現(xiàn)象。因為對于只采用鈉離子交換器軟化水的鍋爐，雖能使硬度很高的水軟化，基本上消除了鍋爐蒸發(fā)受熱面結(jié)垢的可能性，但是積鹽的可能性卻增加了。這是因為水軟化后，水中的含鹽量非但不減少，反而有所增加。鈉離子交換劑的分子式用NaR

5、表示，則其軟化反應式如下：a碳酸鹽硬度軟化過程：Ca(HCO3)2+2NaRCaR2+2NaHCO3Mg(HCO3)2+2NaRCaR2+2NaHCO3b非碳酸鹽硬度軟化過程：CaCl2 +2NaRCaR2+2NaClMgCl2+2NaRMgR2+2NaClCaSO4 +2NaRCaR2+Na2SO4MgSO4 +2NaRMgR2+Na2SO4CaSiO3 +2NaRCaR2+Na2SiO3MgSiO3 +2NaRMgR2+Na2SiO3從以上反應式可以分析得出如下特點：1）Ca2、Mg2離子被陽樹脂的Na所交換并固定下來后排除，因而硬度降低或消除；2）碳酸鹽硬度等當量地轉(zhuǎn)變成重碳酸鹽，因而堿

6、度不能降低；3）經(jīng)鈉離子交換后，原水中的陰離子Cl-、SO42-、HCO3-、SiO32-等并未改變，只是將易成水垢的鈣鎂化合物變?yōu)椴灰仔纬伤傅拟c化合物。而Na的當量比Ca2、Mg2的當量大，故軟化后的含鹽量比原水要高。對鍋爐機組來講，過熱器積鹽會導致熱阻變大，極易造成長期管壁溫偏高，這就造成爆管事故頻發(fā)。除上述原因外，結(jié)構(gòu)和運行不均勻而產(chǎn)生的水力和熱力不均勻性構(gòu)成的熱偏差、材質(zhì)不合格、高溫過熱器的合金鋼管誤用碳素鋼管、鍋爐升火過程中，過熱器通氣量不足、停爐或水壓試驗后，過熱器內(nèi)積水未吹凈，造成管壁腐蝕、內(nèi)部裝置設計不合理等都可能使過熱器損壞爆管。4 預防措施（1）控制鍋爐運行時熱負荷不低于

7、額定熱負荷的70%，即14t/h；嚴禁長期低負荷運行。如工藝原因必須在低負荷下運行時，在簽訂合同時一定要提出，以便設計時采取措施3。（2）管內(nèi)積鹽，有效而可行的對策有兩種：給水沖洗和改進鍋內(nèi)汽水分離裝置，包括旋風分離器、波形分離器和均汽孔板等，但是，充分利用管內(nèi)積鹽的易溶性而實行反沖洗的方法可更為簡單而徹底。水沖洗的頻率及每次沖洗的水量應根據(jù)鍋爐及水質(zhì)情況來確定，但以勤沖洗為準。建議采用每周一次在夜間停爐時對過熱器管進行沖洗作業(yè)。過熱器管內(nèi)的積鹽一般都易溶于水，所以采取定期用潔凈水（最好除鹽水或蒸餾水）反洗過熱器管的方法將鹽垢洗掉。反沖洗的間隔時間，可根據(jù)爐子運行的具體情況而定。具體操作是利用

8、一般鍋爐中過熱器出口集箱上接有的反沖洗管線，從過熱器出口集箱進水，從定期排污閥排出，只要進出口水的含鹽量基本上相等，就可認為過熱器內(nèi)的鹽垢已被沖完4。（3）鍋爐設計文件中對鍋爐使用水質(zhì)應做特別強調(diào)，簽訂合同時應要求用戶選擇配備合理的水處理設備，確保水質(zhì)滿足鍋爐給水要求。（4）鍋爐啟停嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，提高設備維修力度，確保設備長期運行，減少啟停頻次5。（5）在鍋爐設計結(jié)構(gòu)布置中力求減小熱力偏差和水力偏差，還應注意對耐熱鋼材的選擇和質(zhì)量控制。（6）盡可能保證額定參數(shù)運行。特別避免低壓參數(shù)的長時間運行。參考文獻1 吳循真. 一起過熱器管爆管事故的原因分析J.工業(yè)鍋爐，2002，（2）43-442 嚴鴻彬，徐荻萍. 一臺鍋爐的蒸汽過熱器爆管原因分析和預防對策初探J. 工業(yè)鍋爐，2002，（6） 53-563 朱才林. 工業(yè)鍋爐過熱器爆管原因分