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前火電廠安全生產的常見的較大威脅。本文結合實際生產運行、檢修為基礎，對各種鍋爐過熱器爆管進行了針對性的分析，并提出了預防鍋爐過熱器爆管的主要解決措施。

關鍵詞：過熱器爆管；過熱器結垢；過熱器腐蝕；過熱器應力腐蝕

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)生脆裂的爆管現象。根據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。根據工作應力水平過熱超溫爆管可分為高溫蠕變型、應力氧化裂紋型、氧化減薄型3種。超溫過熱導致爆管主要發(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。

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

超溫過熱導致鍋爐過熱器爆管爆口特征。超溫過熱導致鍋爐過熱器爆管分為，過熱器高溫蠕變型爆管、過熱器應力氧化裂紋型爆管、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和背火側的碳化物球化程度差別較大，向火側表面已完全球化；⑤過熱器彎頭處的組織可能發(fā)生再結晶。

過熱器超溫過熱應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外壁氧化層上存在著多條縱向裂紋，分布范圍可達整個向火側，內外壁氧化皮比短時超溫爆管時的氧化皮厚；③過熱器爆口縱向應力氧化裂紋從外壁向內壁擴展，裂紋尖端可能有少量空洞；④過熱器爆管處向火側和背火側均發(fā)生嚴重球化現象，過熱器爆管管材的強度和硬度下降；⑤過熱器管子內壁和外壁的氧化皮出現分層；⑥燃燒產物中的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、背火側的內外壁均產生厚度可達1.0～1.5mm的氧化層；②過熱器爆管管壁嚴重減薄，僅為原壁厚的1/3～l/7 ；③過熱器爆管內壁、外壁氧化皮呈均勻氧化分層，且內壁氧化皮呈環(huán)狀條紋；④過熱器爆管管壁向火側與背火側組織均已嚴重球化，并且強度和硬度下降；⑤燃燒產物中的S、Cl、 Mn、Ca等元素在外壁氧化層沉積和富集，促進過熱器爆管外壁氧化。

超溫過熱導致鍋爐過熱器爆管解決措施。對高溫蠕變型超溫過熱導致鍋爐過熱器爆管情況，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，穩(wěn)定運行工況；過熱器過熱管結垢可以進行化學清洗除垢，去除異物、沉積物等方法預防。對應力氧化裂紋型超溫過熱導致鍋爐過熱器爆管情況，因管子壽命已接近設計壽命，可將損壞的管子予以更換。對氧化減薄型超溫過熱導致鍋爐過熱器爆管情況應完善過熱器的保護措施。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。

磨損導致鍋爐過熱器爆管原因。 磨損導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。還應選用匹配煤種的爐型、改善煤粉細度、調整好燃燒工況、保證燃燒完全，減少沖擊。

鍋爐過熱器爆管原因3、汽側腐蝕

鍋爐過熱器汽側腐蝕爆管主要是因為水的化學性質所引起的，水中氧含量和pH值是影響過熱器腐蝕疲勞的主要因素。過熱器汽側腐蝕常發(fā)生在過熱器的管彎頭內壁，過熱器彎頭內壁產生點狀或坑狀腐蝕。過熱器汽側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，過熱器過熱管內的介質由于氧的去極化作用，發(fā)生電化學反應，在管內的鈍化膜破裂處發(fā)生點蝕形成腐蝕介質及介質垢下腐蝕，在腐蝕介質和循環(huán)應力，包括啟停和振動引起的內應力的共同作用下造成腐蝕疲勞爆管。

汽側腐蝕導致鍋爐過熱器爆管原因。汽側腐蝕致鍋爐過熱器爆管六大原因有，①過熱器彎頭的應力集中，促使點蝕產生；②過熱器彎頭處受到熱沖擊，使彎頭內壁中性區(qū)產生疲勞裂紋；③過熱器下彎頭在停爐時積水；④過熱器管內介質中含有少量堿或游離的二氧化碳；⑤過熱器裝置啟動次數過多或過熱器化學清洗次數過多；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。

汽側腐蝕導致鍋爐過熱器爆管爆口特征。過熱器汽側腐蝕爆管爆口有以下幾種特征：①在過熱器的管內壁產生點狀或坑狀腐蝕，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物為黑色磁性氧化鐵Fe3O4，與金屬結合牢固；停爐時，腐蝕疲勞的產物為磚紅色氧化鐵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。

汽側腐蝕導致鍋爐過熱器爆管爆口解決措施。防止過熱器氧腐蝕應注意停爐保護；新爐起用時，過熱器應進行化學清洗，去除過熱器鐵銹和臟物，鈍化在過熱器內壁形成一層均勻的保護膜；運行中使鍋水水質符合標準，適當減小鍋水中氯化物、磷酸鹽和硫酸鹽的含量。

鍋爐過熱器爆管原因4、應力腐蝕

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

應力腐蝕導致鍋爐過熱器爆管原因。應力腐蝕致鍋爐過熱器爆管三大原因有，①介質中含氯離子、環(huán)境高溫和受高拉應力，這是產生應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進入過熱器鋼管；③加工和焊接引起的殘余應力引起的熱應力。

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

應力腐蝕導致鍋爐過熱器爆管爆口解決措施。①防止過熱器應力腐蝕裂紋應注意去除管子的殘余應力；②加強安裝期的保護，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力、汽膜的反復出現和消失，所引起的熱應力和由振動引起的交變應力作用而發(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等物質促進腐蝕疲勞損壞；②爐膛使用水吹灰，過熱器管壁溫度急劇變化，產生熱沖擊；③)超溫導致管材的疲勞強度嚴重下降；④按基本負荷設計的機組改變?yōu)檎{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生的措施有：①改變交變應力集中區(qū)域的部件結構；②改變運行參數以減少壓力和溫度梯度的變化幅度；③設計時應考慮間歇運行造成的熱脹冷縮；④避免運行時機械振動；⑤調整管屏間的流量分配，減少熱偏差和相鄰管壁的溫度；⑥適當提高吹灰介質的溫度，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構的氧化物，使管壁減薄，導致爆管。高溫腐蝕常發(fā)生在過熱器過熱管、吊掛、定位部件的向火側外表面。

高溫腐蝕導致鍋爐過熱器爆管的原因。高溫腐蝕導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，導致高溫腐蝕；③腐蝕區(qū)內的覆蓋物、煙氣中的還原性氣體和煙氣的直接沖刷，將促進高溫腐蝕的產生。

高溫腐蝕導致鍋爐過熱器爆管爆口特征。高溫腐蝕導致鍋爐過熱器爆管爆口四大特征：①高溫腐蝕導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、褐色產物，垢較疏松，為熔融狀沉積物，最內層氧化物為硬而脆的黑灰色。

高溫腐蝕導致鍋爐過熱器爆管解決措施。防止高溫腐蝕導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)域采用表面防護層或設置擋板；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，當焊縫的蠕變強度相當于其中一種金屬的蠕變強度時，斷裂則發(fā)生在另一種金屬的焊縫界面上。

非同種金屬焊接導致鍋爐過熱器爆管爆口主要特征。①爆口焊縫一側裂開；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鍵的因素；當兩種金屬焊接時，在其中加入具有中間蠕變強度的過渡段，使焊縫界面兩側蠕變強度差值明顯減少；在過渡段的兩側選用性質不同的焊條，使其分別與兩種金屬的性質相匹配。

鍋爐過熱器爆管原因8、設備質量管理控制失誤

設備質量管理控制失誤導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。設備質量管理控制失誤導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設備制造或檢修焊接缺陷等。

設備質量管理控制失誤導致鍋爐過熱器爆管解決措施。加強電廠設備運行、檢修及各種制度的管理，加強設備質量管理控制。

過熱器爆管8種常見原因及解決方法（顏輝）