過熱器爆管8種常見原因及解決方法

摘要：鍋爐過熱器爆管是當(dāng)前火電廠安全生產(chǎn)的常見的較大威脅。本文結(jié)合實際生產(chǎn)運行、檢修為基礎(chǔ)，對各種鍋爐過熱器爆管進(jìn)行了針對性的分析，并提出了預(yù)防鍋爐過熱器爆管的主要解決措施。

關(guān)鍵詞：過熱器爆管；過熱器結(jié)垢；過熱器腐蝕；過熱器應(yīng)力腐蝕

通過對大量電廠鍋爐過熱器爆管事故案例匯總研究，鍋爐過熱器爆管歸納為以下8種常見根本原因及解決措施。

鍋爐過熱器爆管原因1、過熱

鍋爐過熱器過熱是指過熱器管壁溫度高于設(shè)計使用溫度以上，鍋爐過熱器管子發(fā)生碳化物球化，過熱器管壁氧化減薄，過熱器管壁強(qiáng)度下降，蠕變速度加快，過熱器管子管徑脹粗，最終在過熱器管子的最薄弱部位發(fā)生脆裂的爆管現(xiàn)象。根據(jù)過熱超溫時間的長短，過熱爆管可分為長期過熱爆管、短期過熱爆管2種。根據(jù)工作應(yīng)力水平過熱超溫爆管可分為高溫蠕變型、應(yīng)力氧化裂紋型、氧化減薄型3種。超溫過熱導(dǎo)致爆管主要發(fā)生在高溫過熱器的外圈和高溫再熱器的向火面。在非正常運行狀態(tài)下，低溫過熱器、低溫再熱器的向火面也有可能發(fā)生過熱超溫爆管。氧化減薄型超溫過熱爆管主要發(fā)生在再熱器中。

超溫過熱導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管原因。超溫過熱導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管主要原因有以下幾種，①過熱器管內(nèi)汽水流量分配不均，在流量較小的管子內(nèi)，蒸汽工質(zhì)對管壁的冷卻能力較差，使過熱器管壁超溫；②過熱器管子內(nèi)部嚴(yán)重結(jié)垢，造成管壁溫度超溫；③異物堵塞過熱器管子，使過熱器管得不到有效的冷卻；④爐內(nèi)局部熱負(fù)荷偏高或燃燒中心偏離，使附近過熱器管壁溫度超過設(shè)計的允許值；⑤錯用過熱器鋼材，過熱造成低級鋼材的許用應(yīng)力迅速降低，強(qiáng)度不足而使過熱器管子爆破；⑥管子內(nèi)壁的氧化垢或鹽垢剝落而使下彎頭處堵塞；⑦在低負(fù)荷運行時，投入減溫水不當(dāng)，噴入過量，造成管內(nèi)水塞，從而引起局部過熱；⑧爐內(nèi)煙氣溫度失常；⑨最初設(shè)計不合理，實際工況與設(shè)計工況不匹配。

超溫過熱導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管爆口特征。超溫過熱導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管分為，過熱器高溫蠕變型爆管、過熱器應(yīng)力氧化裂紋型爆管、過熱器氧化減薄型爆管3個類型。

過熱器超溫過熱蠕變型爆管爆口有以下幾種特征。①過熱器管子的蠕脹量明顯超過金屬材料的規(guī)定值，爆口邊緣較鈍；②爆口周圍氧化皮有密集的縱向裂紋，內(nèi)外壁氧化皮較短時超溫爆管氧化皮厚；③在過熱器管子爆口周圍的存在著蠕變空洞和微裂紋；④過熱器爆口管子向火側(cè)和背火側(cè)的碳化物球化程度差別較大，向火側(cè)表面已完全球化；⑤過熱器彎頭處的組織可能發(fā)生再結(jié)晶。

過熱器超溫過熱應(yīng)力氧化裂紋型爆管爆口有以下幾種特征。①過熱器管子的蠕脹量接近或低于金屬材料的規(guī)定值，爆口邊緣較鈍，呈典型的厚唇狀；②靠近過熱器爆口的向火側(cè)外壁氧化層上存在著多條縱向裂紋，分布范圍可達(dá)整個向火側(cè)，內(nèi)外壁氧化皮比短時超溫爆管時的氧化皮厚；③過熱器爆口縱向應(yīng)力氧化裂紋從外壁向內(nèi)壁擴(kuò)展，裂紋尖端可能有少量空洞；④過熱器爆管處向火側(cè)和背火側(cè)均發(fā)生嚴(yán)重球化現(xiàn)象，過熱器爆管管材的強(qiáng)度和硬度下降；⑤過熱器管子內(nèi)壁和外壁的氧化皮出現(xiàn)分層；⑥燃燒產(chǎn)物中的S、Cl、Mn、Ca等元素在過熱器管子外壁氧化層沉積和富集。

過熱器超溫過熱氧化減薄型爆管爆口有以下幾種特征。①過熱器爆管管子向火側(cè)、背火側(cè)的內(nèi)外壁均產(chǎn)生厚度可達(dá)1.0～1.5mm的氧化層；②過熱器爆管管壁嚴(yán)重減薄，僅為原壁厚的1/3～l/7 ；③過熱器爆管內(nèi)壁、外壁氧化皮呈均勻氧化分層，且內(nèi)壁氧化皮呈環(huán)狀條紋；④過熱器爆管管壁向火側(cè)與背火側(cè)組織均已嚴(yán)重球化，并且強(qiáng)度和硬度下降；⑤燃燒產(chǎn)物中的S、Cl、 Mn、Ca等元素在外壁氧化層沉積和富集，促進(jìn)過熱器爆管外壁氧化。

超溫過熱導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管解決措施。對高溫蠕變型超溫過熱導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管情況，可通過改進(jìn)受熱面、使介質(zhì)流量分配合理；改善爐內(nèi)燃燒、防止燃燒中心偏高，穩(wěn)定運行工況；過熱器過熱管結(jié)垢可以進(jìn)行化學(xué)清洗除垢，去除異物、沉積物等方法預(yù)防。對應(yīng)力氧化裂紋型超溫過熱導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管情況，因管子壽命已接近設(shè)計壽命，可將損壞的管子予以更換。對氧化減薄型超溫過熱導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管情況應(yīng)完善過熱器的保護(hù)措施。防止錯用鋼材。

鍋爐過熱器爆管原因2、磨損

鍋爐過熱器磨損爆管的主要類型有，飛灰磨損過熱器爆管、落渣磨損過熱器爆管、吹灰磨損過熱器爆管和煤粒磨損過熱器爆管4種。過熱器磨損爆管通常發(fā)生在過熱器煙氣入口處的彎頭、出列管子和橫向節(jié)距不均勻的管子上。以飛灰磨損損過熱器爆管為例，飛灰磨損是指飛灰中夾帶Si02, Fe03, Al2O3等硬顆粒高速沖刷損過熱器管子表面，使過熱器管壁減薄爆管。

磨損導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管原因。 磨損導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管三大原因有，燃煤鍋爐飛灰中夾帶硬顆粒；煙速過高或管子的局部煙氣速度過高，或者積灰時煙氣通道變小，間接提高了煙氣流動速度；煙氣中含灰濃度分布不均，局部灰濃度過高。

磨損導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管爆口特征。過熱器磨損爆管爆口有以下幾種特征：①斷口處管壁減薄，呈刀刃狀；②磨損表面平滑，呈灰色；③過熱器過熱管壁金相組織不變化，管徑一般不脹粗。

磨損導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管解決措施。通常采用減少飛灰撞擊過熱器管子的數(shù)量、速度或增加管子的抗磨性來防止飛灰磨損，例如：通過加屏等方法改變流動方向和速度場；加裝爐內(nèi)除塵裝置；較少局部煙速過高；在易磨損位置的過熱器管子表面加裝防磨蓋板。還應(yīng)選用匹配煤種的爐型、改善煤粉細(xì)度、調(diào)整好燃燒工況、保證燃燒完全，減少沖擊。

鍋爐過熱器爆管原因3、汽側(cè)腐蝕

鍋爐過熱器汽側(cè)腐蝕爆管主要是因為水的化學(xué)性質(zhì)所引起的，水中氧含量和pH值是影響過熱器腐蝕疲勞的主要因素。過熱器汽側(cè)腐蝕常發(fā)生在過熱器的管彎頭內(nèi)壁，過熱器彎頭內(nèi)壁產(chǎn)生點狀或坑狀腐蝕。過熱器汽側(cè)腐蝕的主要類型有氧腐蝕、PH值偏低引起的酸性腐蝕或是垢下腐蝕3種，過熱器過熱管內(nèi)的介質(zhì)由于氧的去極化作用，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，在管內(nèi)的鈍化膜破裂處發(fā)生點蝕形成腐蝕介質(zhì)及介質(zhì)垢下腐蝕，在腐蝕介質(zhì)和循環(huán)應(yīng)力，包括啟停和振動引起的內(nèi)應(yīng)力的共同作用下造成腐蝕疲勞爆管。

汽側(cè)腐蝕導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管原因。汽側(cè)腐蝕致鍋爐過熱器爆管六大原因有，①過熱器彎頭的應(yīng)力集中，促使點蝕產(chǎn)生；②過熱器彎頭處受到熱沖擊，使彎頭內(nèi)壁中性區(qū)產(chǎn)生疲勞裂紋；③過熱器下彎頭在停爐時積水；④過熱器管內(nèi)介質(zhì)中含有少量堿或游離的二氧化碳；⑤過熱器裝置啟動次數(shù)過多或過熱器化學(xué)清洗次數(shù)過多；⑥過熱器氧腐蝕的氧化鐵垢、過熱器鹽垢或過熱器混合垢發(fā)生垢下腐蝕。

汽側(cè)腐蝕導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管爆口特征。過熱器汽側(cè)腐蝕爆管爆口有以下幾種特征：①在過熱器的管內(nèi)壁產(chǎn)生點狀或坑狀腐蝕，及過熱器點蝕或坑蝕，典型的腐蝕形狀為貝殼狀；②過熱器運行時腐蝕疲勞的產(chǎn)物為黑色磁性氧化鐵Fe3O4，與金屬結(jié)合牢固；停爐時，腐蝕疲勞的產(chǎn)物為磚紅色氧化鐵Fe2O3；③點狀和坑狀腐蝕區(qū)即點蝕或坑蝕的金屬組織不發(fā)生變化；④腐蝕坑沿管軸方向發(fā)展，裂紋是橫斷面開裂，相對寬而鈍，裂縫處有氧化皮。

汽側(cè)腐蝕導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管爆口解決措施。防止過熱器氧腐蝕應(yīng)注意停爐保護(hù)；新爐起用時，過熱器應(yīng)進(jìn)行化學(xué)清洗，去除過熱器鐵銹和臟物，鈍化在過熱器內(nèi)壁形成一層均勻的保護(hù)膜；運行中使鍋水水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)減小鍋水中氯化物、磷酸鹽和硫酸鹽的含量。

鍋爐過熱器爆管原因4、應(yīng)力腐蝕

鍋爐過熱器應(yīng)力腐蝕爆管是指在介質(zhì)含氯離子和高溫條件下，由于靜態(tài)拉應(yīng)力或殘余應(yīng)力作用產(chǎn)生的過熱器管子破裂現(xiàn)象，常發(fā)生在過熱器的高溫區(qū)管、過熱器管彎頭和取樣管。

應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管原因。應(yīng)力腐蝕致鍋爐過熱器爆管三大原因有，①介質(zhì)中含氯離子、環(huán)境高溫和受高拉應(yīng)力，這是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的三個基本條件；②啟動和停爐時，可能有含氯和氧的水團(tuán)進(jìn)入過熱器鋼管；③加工和焊接引起的殘余應(yīng)力引起的熱應(yīng)力。

應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管爆口特征。應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管爆口特征有以下三種：①應(yīng)力腐蝕爆口為脆性形貌，一般為穿晶應(yīng)力腐蝕斷口；②爆口上可能會有腐蝕介質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物；③裂紋具有樹枝狀的分叉特點，裂紋從蝕處產(chǎn)生，裂源較多。

應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管爆口解決措施。①防止過熱器應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)注意去除管子的殘余應(yīng)力；②加強(qiáng)安裝期的保護(hù)，停爐時注意防腐；③防止過熱器泄漏，降低蒸汽中的氯離子和氧的含量。

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鍋爐過熱器爆管原因5、熱疲勞

鍋爐過熱器熱疲勞爆管是指過熱管因鍋爐啟停引起的熱應(yīng)力、汽膜的反復(fù)出現(xiàn)和消失，所引起的熱應(yīng)力和由振動引起的交變應(yīng)力作用而發(fā)生的疲勞損壞。過熱疲勞爆管常發(fā)生在過熱器高熱流區(qū)域的管子外表面。

鍋爐過熱器熱疲勞爆管的原因。鍋爐過熱器熱疲勞爆管4大原因：①)煙氣中的S、V、Cl、Na等物質(zhì)促進(jìn)腐蝕疲勞損壞；②爐膛使用水吹灰，過熱器管壁溫度急劇變化，產(chǎn)生熱沖擊；③)超溫導(dǎo)致管材的疲勞強(qiáng)度嚴(yán)重下降；④按基本負(fù)荷設(shè)計的機(jī)組改變?yōu)檎{(diào)峰運行。

鍋爐過熱器熱疲勞爆管解決措施。防止過熱器熱疲勞產(chǎn)生的措施有：①改變交變應(yīng)力集中區(qū)域的部件結(jié)構(gòu)；②改變運行參數(shù)以減少壓力和溫度梯度的變化幅度；③設(shè)計時應(yīng)考慮間歇運行造成的熱脹冷縮；④避免運行時機(jī)械振動；⑤調(diào)整管屏間的流量分配，減少熱偏差和相鄰管壁的溫度；⑥適當(dāng)提高吹灰介質(zhì)的溫度，降低熱沖擊。

鍋爐過熱器爆管原因6、高溫腐蝕

高溫腐蝕導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管是因為煙氣中Na2S04等低熔點化合物破壞管子外表面的氧化保護(hù)層，與過熱器管壁屬部件相互作用，在過熱器界面上生成新的松散結(jié)構(gòu)的氧化物，使管壁減薄，導(dǎo)致爆管。高溫腐蝕常發(fā)生在過熱器過熱管、吊掛、定位部件的向火側(cè)外表面。

高溫腐蝕導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管的原因。高溫腐蝕導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管原因有：①)煙氣中含有V、Na、Cl和S等低熔點化合物；②過熱器局部煙溫過高，腐蝕性的低熔點化合物粘附在金屬表面，導(dǎo)致高溫腐蝕；③腐蝕區(qū)內(nèi)的覆蓋物、煙氣中的還原性氣體和煙氣的直接沖刷，將促進(jìn)高溫腐蝕的產(chǎn)生。

高溫腐蝕導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管爆口特征。高溫腐蝕導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管爆口四大特征：①高溫腐蝕導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管爆口裂紋萌生于過熱管子外壁，斷口為脆性厚唇式；②爆管過熱器爆口沿縱向開裂，有淺溝槽腐蝕坑，呈細(xì)碎波浪狀；③爆管處外管壁有明顯減薄，但不均勻，無明顯脹粗；④過熱器爆管處外壁有氧化垢，垢中有時含黃色、白色、褐色產(chǎn)物，垢較疏松，為熔融狀沉積物，最內(nèi)層氧化物為硬而脆的黑灰色。

高溫腐蝕導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管解決措施。防止高溫腐蝕導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管的措施有：①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；②使煙氣流程合理，盡量減少熱偏差；③在燃煤鍋爐中加入CaSO4和MgSO4等附加劑；④在易發(fā)生高溫腐蝕的區(qū)域采用表面防護(hù)層或設(shè)置擋板；⑤清除過熱器管子表面的附著物。

鍋爐過熱器爆管原因7、非同種金屬焊接

非同種金屬焊接導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管是因為焊接接頭處因兩種金屬的蠕變強(qiáng)度不匹配，以及焊縫界面附近的碳近移，使2種金屬焊接界面斷裂失效。其中，兩種金屬的蠕變強(qiáng)度相差極大是異種金屬焊接早期失效的主要原因。非同種金屬焊接導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管常發(fā)生在過熱器出口兩種金屬的焊接接頭處，當(dāng)焊縫的蠕變強(qiáng)度相當(dāng)于其中一種金屬的蠕變強(qiáng)度時，斷裂則發(fā)生在另一種金屬的焊縫界面上。

非同種金屬焊接導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管爆口主要特征。①爆口焊縫一側(cè)裂開；①爆口與過熱管呈橫向，與焊縫平行；③爆口前通常在焊接裂紋處有泄漏情況發(fā)生。

非同種金屬焊接導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管解決措施。穩(wěn)定運行是減少異種金屬焊接失效最關(guān)鍵的因素；當(dāng)兩種金屬焊接時，在其中加入具有中間蠕變強(qiáng)度的過渡段，使焊縫界面兩側(cè)蠕變強(qiáng)度差值明顯減少；在過渡段的兩側(cè)選用性質(zhì)不同的焊條，使其分別與兩種金屬的性質(zhì)相匹配。

鍋爐過熱器爆管原因8、設(shè)備質(zhì)量管理控制失誤

設(shè)備質(zhì)量管理控制失誤導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管是指在制造、安裝、運行中，由于人為失誤的因素所造成的損壞。設(shè)備質(zhì)量管理控制失誤導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管的原因有：①過熱器維修損傷；過熱器化學(xué)清洗腐蝕損傷；②過熱器管材缺陷，即管材金屬不合格或管材錯用；③設(shè)備制造或檢修焊接缺陷等。

設(shè)備質(zhì)量管理控制失誤導(dǎo)致鍋爐過熱器爆管解決措施。加強(qiáng)電廠設(shè)備運行、檢修及各種制度的管理，加強(qiáng)設(shè)備質(zhì)量管理控制。

過熱器爆管8種常見原因及解決方法（顏輝）