蒸汽锅炉受热面内伤性过热爆管原因分析及预防措施

【摘 要】 在锅炉运行事故中，锅炉爆管事故比较多，也比较普遍。而爆管事故中属于

内伤性过热爆管的较多。对锅炉内伤性过热爆管的原因进行分析并提出预防措施，有

助于预防锅炉爆管事故的发生。

【关键词】 锅炉 内伤性爆管 原因 措施

0 引言

锅炉各金属受热面的管子在运行中因损伤失效而爆漏的现象称为爆管。锅炉的主要受热面是水冷壁、过热器管、再热器管和省煤器管。锅炉四管的泄漏、爆破约占到各类事故总数的30%，有的机组甚至高达50%～70%的比例，因超温原因引起的急剧过热爆管，即内伤性爆管又占锅炉爆管的70%。研究锅炉内伤性爆管对预防锅炉爆管事故有着重要意义。

1 锅炉管爆破现象

不论在电站锅炉还是在工业锅炉中，其内部受热面的的工作环境是十分恶劣的，长时间承受着高温、高压、磨损的侵蚀。也正是这些宏观因素的影响，导致锅炉受热面的爆管事故，影响电厂的安全运行。通常，一般锅炉爆管后有以下几点明显的现象：

（1）给水流量显著的大于蒸汽流量，汽包水位急剧下降，蒸汽压力下降，但省煤器泄漏时对汽压影响不大；

（2）在爆破管子周围有蒸汽喷射声和振动或其它异常声音；

（3）炉膛负压不稳定或变为正压，引起燃烧不稳，甚至造成熄火，这一现象以水冷壁爆管最为明显，而省煤器爆管泄漏对燃烧工况影响较小；

（4）烟道两侧出现较大的烟温差，泄漏侧烟温低，排烟温度降低，两侧空气预热口出口热风温度偏差增大；

（5）炉膛或烟道不严密处有炉烟和湿汽冒出，并伴有喷射声，引风机静叶不正常的开大，引风电流增大；

（6）下部灰斗或省煤器灰斗有水漏出并冒湿汽，有可能因湿灰引起堵塞；

（7）过热蒸汽或再热蒸汽压力下降，再热器爆管时，由于再热蒸汽压力下降，在机组负荷不变的情况下，主蒸汽流量增加；

（8）蒸汽温度不稳定：水冷壁爆管汽温下降，过热器或再热器爆管后，部分管段、管壁可能超温。

2 锅炉受热面过热爆管的失效机理及原因

锅炉受热面管过热，是困扰火力发电厂锅炉安全稳定运行的主要因素之一，过热又可分为长期过热和短期过热。从统计数据看，以长期过热较多，短期过热较少。国内许多火力发电厂燃用无烟煤，该煤质除很难做到完全燃烧、极易灭火外，还易结焦。因为煤质原因加之炉下部漏风较大，火焰中心上移，炉膛出口烟气温度高于设计值，使过热管和高温再热器管经常发生超温，而引起爆管。

2.1 锅炉受热面管长期过热爆管

锅炉受热面管子在高温、应力长期作用下会引起蠕变变形。在规定限度内小量的蠕变变形是允许的，对正常运行影响不大。锅炉受热面管子在运行中由于某些原因使管壁温度超过了额定温度，虽然超温的幅度不大，如（20～50）℃，但管子长期处于超温状况下最终会发生蠕变爆管。这种由于管子长期超温而发生蠕变破裂的现象称为长期过热爆管。

2.1.1 锅炉受热面管子长期过热爆管破口宏观特征

长期过热爆管的破口形貌具有蠕变断裂的一般特征。管子破口呈脆性断口特征，破口粗糙、边缘为不平整的钝边；破口处管子厚度减薄不多。破口及其附近的管子内外壁有一层较厚的氧化皮易剥落。破口附近的管子外壁有许多与破口方向一致的纵向裂纹，如图（1）所示整个破口张开程度不大。

管子在长期过热过程中，管径发生蠕胀。管子胀粗是不均匀的，向火面与背火面不同。向火面管壁温度高，蠕变速度快。爆管后背火的管壁厚度几乎未变，从背火侧往破口方向逐渐减薄，破口处管子截面成不规则的椭圆形。管径粗胀量与超温幅度有关。超温幅度大，长期过热爆管的破口处塑性变形和胀粗较大，破口张开也较大，呈棱形破口如图（2）所示。

2.1.2 锅炉受热面管子长期过热爆管破口微观特征

长期过热爆管钢的显微组织中发生珠光体球化和碳化物聚集长大的现象。钢的碳化物呈球状或链状分布于铁素体的晶界上，因而往往出现“双晶界”现象。管子的向火侧球化程度比背火侧严重，有时还可能出现二次再结晶组织，在碳钢、0.5%钼钢等不含铬的珠光体耐热钢发生长期过热爆管后，会出现石黑化现象。图（3）为长期过热爆管破口处显微组织。

2.1.3 长期过热爆管的主要原因

（1）管内汽水流量分配不均；

（2）炉内局部热负荷偏高；

（3）管子内部结垢；

（4）异物堵塞管子；

（5）错用材料；

（6）最初设计不合理。

2.1.4 防止措施

对高温蠕变型可通过改进受热面、使介质流量分配合理；改善炉内燃烧、防止燃烧中心偏高；进行化学清洗，去除异物、沉积物等方法预防。对应力氧化裂纹型因管子寿命已接近设计寿命，可将损坏的管子予以更换。对氧化减薄型应完善过热器的保护措施。

2.2 锅炉受热面管短期过热爆管

短期过热是指当管壁温度超过材料的下临界温度时，材料强度明显下降，在内压力作用下，发生胀粗和爆管现象。

在这样高的温度下，管子的向火侧首先产生塑性变形、管径粗胀、管壁减薄，产生动态再结晶型蠕变断裂而爆管。管子爆破时管内介质对高温的管壁产生激冷作用，使破口处金属出现相变或不完全相变的组织。这种类型的管子爆破事故称为短期爆管。

2.2.1 锅炉受热面管子短期过热爆管破口宏观特征

短期过热爆管的破口具有完全延性断裂的特征，破口是刀刃型断中，边缘锋利，管壁减薄很多，爆管破口胀粗明显，张开很大呈喇叭状。破口表现比较光滑，外壁一般呈兰黑色，内壁由于爆管时汽水混合物的高速冲刷而十分光洁，破口附近没有裂纹。短期过热爆管宏观特征如图4。

2.2.2 锅炉受热面管短期过热爆管破口的微观特征

爆口的微观为韧窝（断口由许多凹坑构成）；爆口周围管子材料的硬度显著升高；爆口周围内、外壁氧化皮的厚度，取决于短时超温爆管前长时超温的程度，长时超温程度越严重，氧化皮越厚。破口处钢的显微组织中出现马氏体、贝氏体、屈氏体这类的淬硬组织（如图5所示）。通常这些组织已不同程度被回火处理。

2.2.3 短期过热爆管的原因

（1）过热器管内工质的流量分配不均匀，在流量较小的管子内，工质对管壁的冷却能力较差，使管壁温度升高，造成管壁超温；

（2）炉内局部热负荷过高（或燃烧中心偏离），使附近管壁温度超过设计的允许值；

（3）过热器管子内部严重结垢，造成管壁温度超温；

（4）异物堵塞管子，使过热器管得不到有效的冷却；

（5）错用钢材。错用低级钢材也会造成短期过热，随着温度升高，低级钢材的许用应力迅速降低，强度不足而使管子爆破；

（6）管子内壁的氧化垢剥落而使下弯头处堵塞；

（7）在低负荷运行时，投入减温水不当，喷入过量，造成管内水塞，从而引起局部过热；

（8）炉内烟气温度失常。

2.2.4 防止措施

预防短期过热的方法有改进受热面，使介质流量分配合理；稳定运行工况，改善炉内燃烧，防止燃烧中心偏离；进行化学清洗；去除异物、沉积物；防止错用钢材：发现错用及时采取措施。

3 结语

四管泄漏是对电站锅炉来说是一个永恒的主题，是经常性的工作，杜绝四管泄漏也是很难实现的，只有对泄漏进行根据原因的防治和预防。做好运行调整是防止四管泄漏的根本，是防止四管泄漏的最好办法，运行调整主要从防止超温、防止烟气流速过大、防止火焰烧偏、防止结焦等方面着手。提高各级人员的责任心是防止四管泄漏的关键。锅炉自安装以后其许多设备是难于更改的，只有结合现有设备的特点做好设备改进，及时消除设备缺陷才能保证锅炉设备的安全可靠稳定运行，真正实现稳发多供的电厂生产宗旨。

参考文献

[1]马昌华.锅炉事故防范与安全运行[M].北京：地震出版社，2000.

推荐访问:受热 预防措施 内伤 过热 原因