鍋爐“四管”爆漏原因分析

1、鍋爐“四管”爆漏原因分析腐蝕鍋爐四管受熱面的腐蝕主要是管外的腐蝕和水品質(zhì)不合格引起的管內(nèi)化學(xué)腐蝕。當(dāng)腐蝕嚴(yán)重時(shí)，可導(dǎo)致腐蝕爆管事故發(fā)生。煙氣對(duì)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(fù)合硫酸鹽，在550-710范圍內(nèi)呈液態(tài)凝結(jié)在管壁上，破壞管壁表面的氧化膜，即發(fā)生高溫腐蝕。導(dǎo)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(dòng)力場(chǎng)不合理，控制局部煙溫，保證管壁不超溫，防止低熔點(diǎn)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(jié)渣，在周圍處于一定溫度和還原性氣體條件下，會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的水冷壁管外腐蝕。水冷壁的高溫腐蝕和

2、還原性氣體的存在有著密切的關(guān)系，CO濃度大的地方腐蝕就大。管壁溫度對(duì)腐蝕的影響也很大，在300500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(fù)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(cè)煙溫相差較大時(shí)，腐蝕現(xiàn)象也相當(dāng)嚴(yán)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(yīng)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(jié)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(jí)

3、空氣預(yù)熱器的冷端。當(dāng)帶有SO3的煙氣流經(jīng)尾部受熱面時(shí)，當(dāng)尾部受熱面的壁溫低于酸露點(diǎn)時(shí)水蒸氣在管壁上凝結(jié)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(yù)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(diǎn)以上，通常在燃用高硫燃料的鍋爐中加裝暖風(fēng)器或采用熱風(fēng)再循環(huán)，但是進(jìn)風(fēng)溫度越高，排煙溫度也會(huì)越高，排煙熱損失就越大，所以為了保證鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，排煙溫度的提高也就受到了限制。正常運(yùn)行情況下，鍋爐并不會(huì)引起管內(nèi)腐蝕與結(jié)垢。品質(zhì)良好的給水中帶有少量雜質(zhì)，通過爐水處理成為水渣或膠狀物質(zhì)，溶解在水中通過排污排出。當(dāng)給水品質(zhì)不良時(shí)，爐水中的Fe、C

4、u、Ca、Mg、SiO2等雜質(zhì)在蒸發(fā)受熱面內(nèi)被濃縮，并從鍋水中游離出來(lái)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(dǎo)致管壁過熱鼓包或破裂。鍋爐受熱面在停用時(shí)與不合格水或濕空氣接觸，受空氣中O2、CO2和SO2的影響會(huì)產(chǎn)生管內(nèi)化學(xué)腐蝕。在給水含氧超標(biāo)時(shí)，也會(huì)使省煤器內(nèi)壁產(chǎn)生點(diǎn)狀氧腐蝕。托電#5爐在2006年發(fā)生過因爐水不合格導(dǎo)致水冷壁管化學(xué)腐蝕管壁大面積鼓包事件，后被迫更換全部水冷壁受熱面。磨損煤粉鍋爐受熱面的飛灰磨損和機(jī)械磨損，是影響鍋爐長(zhǎng)期安全運(yùn)行的主要原因。飛灰磨損的機(jī)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(shí)，粒子對(duì)受熱面的每次撞擊

5、都會(huì)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(duì)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(jié)果都將加速受熱面的磨損。長(zhǎng)時(shí)間受磨損而變薄的管壁，由于強(qiáng)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(yùn)行中發(fā)生嚴(yán)重泄漏時(shí)，可發(fā)現(xiàn)兩側(cè)煙溫偏差，不及時(shí)停爐處理，往往會(huì)加大泄漏范圍，并殃及其他受熱面的安全。2009年下電#3爐高溫省煤器發(fā)生磨損泄漏，首先發(fā)現(xiàn)一側(cè)煙溫明顯降低，給水和蒸汽流量偏差大，后停機(jī)發(fā)現(xiàn)省煤器管子磨損爆破。造成嚴(yán)重飛灰磨損的原因是結(jié)構(gòu)因素，設(shè)計(jì)、安裝與檢修的不足都可能導(dǎo)致磨損加劇。在省煤器邊排管與爐墻

6、之間、省煤器彎頭與爐墻之間、再熱器與兩側(cè)墻之間存在一個(gè)煙氣走廊。這個(gè)區(qū)域由于煙氣流動(dòng)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(yán)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(yán)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(fēng)噴嘴附近水冷壁等處也是煤粉磨損較為嚴(yán)重的部位。在安裝、運(yùn)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(huì)發(fā)生振動(dòng)并與管卡發(fā)生碰撞磨損，也要造成機(jī)械磨損而漏泄。預(yù)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(fēng)面加裝護(hù)鐵或涂耐磨涂料等。過

7、熱過熱器和再熱器是鍋爐承壓受熱面中工質(zhì)溫度和金屬溫度最高的部件，而汽側(cè)換熱效果又相對(duì)較差，所以過熱現(xiàn)象多出現(xiàn)在這兩個(gè)受熱面中。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(yīng)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(dǎo)致超溫爆破。因此，超溫導(dǎo)致過熱，使設(shè)備安全系數(shù)降低，應(yīng)嚴(yán)格控制蒸汽溫度的上限。過熱分長(zhǎng)期過熱和短期過熱，長(zhǎng)期過熱是指管壁溫度長(zhǎng)期處于設(shè)計(jì)溫度以上而低于材料的下臨界溫度，超溫幅度不大但時(shí)間較長(zhǎng)，鍋爐管子發(fā)生碳化物球化，管壁氧化減薄，持久強(qiáng)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(dǎo)致脆裂的爆管現(xiàn)象。長(zhǎng)期超溫爆管主要發(fā)生在

8、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(zhǎng)期超溫爆管。長(zhǎng)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(dāng)管壁溫度超過材料的下臨界溫度時(shí)，材料強(qiáng)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(gòu)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

9、于短時(shí)超溫爆管前長(zhǎng)時(shí)超溫的程度，長(zhǎng)時(shí)超溫程度越嚴(yán)重，氧化皮越厚。如果存在爐膛高度設(shè)計(jì)偏低，火焰中心偏后、受熱面偏大、受熱面選材裕度不夠或錯(cuò)用材料、動(dòng)力工況差、蒸汽質(zhì)量流速偏低和受熱面結(jié)構(gòu)不合理等因素，都會(huì)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(zhì)流動(dòng)不暢、斷路、短路等情況，會(huì)導(dǎo)致受熱面的超溫;運(yùn)行中如果出現(xiàn)燃燒控制不當(dāng)、火焰后移、爐膛出口煙溫高或爐內(nèi)熱負(fù)荷偏差大，燃燒不完全引起煙道二次燃燒，減溫水投停不當(dāng)、管內(nèi)結(jié)垢等情況，也會(huì)造成受熱面過熱。加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整和監(jiān)視，控制管壁超溫是預(yù)防過熱的主要措施。下電#2爐2005年鍋爐更換過熱器管后在機(jī)組啟

10、動(dòng)后發(fā)生爆管非停，后檢查發(fā)現(xiàn)管內(nèi)堵塞異物導(dǎo)致管道過熱爆破。焊接質(zhì)量和拉裂鍋爐本體是由受熱面焊接組裝起來(lái)的，每個(gè)受熱面的每一根管子都有多個(gè)焊口，一臺(tái)大型鍋爐整個(gè)受熱面焊口數(shù)量多的達(dá)幾萬(wàn)個(gè)。而受熱面又是承受高溫高壓的設(shè)備，焊接缺陷主要有裂紋、未焊透、未熔合、咬邊、夾渣、氣孔等，這些缺陷存在于受熱面金屬基體中，使基體被割裂，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。在介質(zhì)內(nèi)壓作用下微裂紋的尖端、未焊透、未熔合、咬邊、夾渣、氣孔等缺陷處的高應(yīng)力逐漸使基桿開裂并發(fā)展成宏觀裂紋，最終貫穿受熱面管壁導(dǎo)致爆漏事故。焊接缺陷的產(chǎn)生原因很多，它與結(jié)構(gòu)應(yīng)力、坡口形式、母材、焊接材料、焊接參數(shù)、熱處理工藝和焊工技術(shù)水平等有關(guān)。保證焊接質(zhì)量必

11、須加強(qiáng)焊工管理及焊接工藝質(zhì)量的檢驗(yàn)評(píng)定。對(duì)鍋爐壓力容器焊接的焊工，應(yīng)經(jīng)考試合格持證施焊，實(shí)際施焊位置、管種、尺寸應(yīng)和合格證所規(guī)定準(zhǔn)許施焊項(xiàng)目相一致;要特別注意合金鋼、異種鋼的焊接，注重焊接準(zhǔn)備、焊接、熱處理、焊后檢驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié);加強(qiáng)金屬監(jiān)督，防止錯(cuò)用鋼材及焊接材料，特別是對(duì)有關(guān)焊口要全面進(jìn)行金屬檢驗(yàn)合格。所謂拉裂是指在鍋爐經(jīng)過多次起停后在管子-管子、管子-密封件、管子-剛性梁連接等部件之間由于熱膨冷縮不同步，位移不同步，又無(wú)足夠的補(bǔ)償能力的情況下管子產(chǎn)生的裂紋漏泄。這些部位爐外有保溫層，爐內(nèi)往往又是管排密集，人員難以預(yù)先檢查發(fā)現(xiàn)，也很難裝設(shè)監(jiān)測(cè)設(shè)備。避免管子和-管子如過熱器管排夾持管、定位管、屏

12、間屏內(nèi)焊接管等在設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮加裝過渡板，避免管子與管子直接接觸;管屏爐外部分，管子之間不必焊接，使管子有一定的補(bǔ)償能力，過渡板與管子間的連接焊縫，應(yīng)不等強(qiáng)，即焊接高度應(yīng)略低于管子壁厚。管子一密封件處的拉裂主要發(fā)生在過熱器、再熱器的穿墻管處，水冷壁、包墻管與鰭片連接末端等。這個(gè)問題主要應(yīng)在設(shè)計(jì)階段和安裝期間解決，要把鍋爐的支吊裝置，鍋爐膨脹死點(diǎn)、膨脹方向、膨脹量考慮清楚，要有自我補(bǔ)償能力。補(bǔ)償節(jié)是否適當(dāng)，預(yù)留膨脹間隙及方向是否正確，穿墻后的爐外管段應(yīng)有彎曲弧度，使之具有足夠的自我補(bǔ)償能力。如果發(fā)現(xiàn)爐頂過熱器管塌落或嚴(yán)重變形，應(yīng)進(jìn)行處理，恢復(fù)其支吊裝置，密封裝置。管子一剛性梁之間的拉裂，在現(xiàn)代大型鍋爐的爐膛及尾部都裝有剛性梁，剛性梁通過過渡部件與管子連接，剛性梁是鍋爐的重要部件，它確保鍋爐整體形狀及剛性，在鍋爐內(nèi)爆或外爆時(shí)，保護(hù)鍋爐不受損傷。所以必須搞清楚鍋爐各個(gè)部位的剛性梁及鍋爐膨脹系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想，管子與剛性梁之間的膨脹死點(diǎn)及膨脹方向。管子與剛性梁之間的連接件應(yīng)完好，不應(yīng)