影响过热器、再热器可靠性因素分析与对策

陈　飞

[摘要]过热器、再热器爆漏失效严重影响锅炉的安全性和经济性，超温、磨损、腐蚀、焊接质量与材料缺陷等是造成过热器、再热器爆漏失效主要因素，就这些因素产生的原因进行分析并提出提高过热器、再热器可靠性的措施。

[关键词]过热器 再热器 可靠性 分析 对策

中图分类号：TM5文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0310028－01

为提高能源利用率和经济效益，现代大型火电厂大部分以发展600MW和1000MW机组为主，但是受钢材承压耐热能力的限制，蒸汽参数维持在确保受热面金属安全运行的临界范围之内，尽管如：T/P91、T/P92、TP347H、Super304H等新型材料的应用可以大大提高受热面可靠性，但是过热器、再热器爆漏失效还是时有发生，严重影响了锅炉的安全运行。

一、金属管壁超温

过热器、再热器（末级）是锅炉承压受热面中工质温度和金属温度最高的部件，而汽侧换热效果又相对较差，特别是再热器，再热蒸汽压力低比热容小，所以过热现象较多发生。当金属温度超过允许极限温度，内部组织发生变化，许用应力降低，在管内压力作用下产生塑性变形，并不断扩大，最后导致超温爆管。

（一）设计上的缺陷引起超温。如果炉膛高度设计偏低，火焰中心偏斜，受热面选材裕度不够或错用材料，水动力工况差，蒸汽质量流速偏低和受热面结构不合理等因素都会造成超温或存在较大热偏差，出现局部超温。

（二）运行调整不当引起超温。燃烧组织不好，火焰中心上移引起炉膛出口温度超过设计值，对流受热面吸热增强，使过热器和再热器超温。如果减温水系统故障或者调整不当，也会造成过热器短期超温。

（三）制造、安装、检修中引起超温。制造、安装过程主要指出现管内异物堵塞而造成工质流动不畅、断路或短路等情况，导致局部受热管超温。检修不当极易发生管内异物堵塞情况。如在换管过程中割管工艺不正确，异物掉入垂直管段，或联箱内管座固定焊接物脱落等情况会引起局部受热面无流量或少流量。

二、金属管壁的磨损

（一）飞灰磨损。燃煤锅炉尾部受热面飞灰磨损是影响锅炉长期安全运行的主要原因，位于水平烟道和尾部烟道过热器和再热器同样存在磨损问题。烟气携带灰粒和未燃尽颗粒高速通过受热面时，使受热面管壁磨损变薄，烟气流速越快，颗粒越粗、越硬，对管壁的撞击力就越大；烟气中灰浓度越大，撞击的次数就越多，结果都将加速受热面的磨损。

（二）蒸汽吹损。随着蒸汽吹灰投运时间累计到一定时间，很多电厂出现蒸汽吹灰通道金属管磨损严重财情况，蒸汽吹灰虽然起到清洁受热面改善传热的作用，但是吹灰蒸汽必然会加速局部烟气速度，如果吹灰蒸汽参数选择不当，压力过高则蒸汽速度高，温度过低则会降低烟气温度使灰粒变硬。所以蒸汽吹灰会造成过热器受热面金属管的磨损，尤其是再热器的磨损更需引起重视。

三、金属管壁的腐蚀

金属管受腐蚀作用，管壁会逐渐减薄，当管壁有效厚度小于一定值而没有得到相应处理，就会导致腐蚀爆管事故的发生。

（一）高温腐蚀。大型锅炉在过热器、再热器的向火面易发生高温腐蚀，腐蚀沿向火面的局部侵入，呈坑穴状，严重时腐蚀速度达0.5-1mm/a，一般认为高温腐蚀主要是煤中硫的腐蚀行为，主要是以硫酸为主要成分的熔盐腐蚀和H2S及硫氧化物造成的气态腐蚀。大量的研究结果认为，在煤燃烧过程中，煤中硫化合物（FeS2和有机硫RS）与氧发生反应，同时在高温燃烧 中煤中的K、Na盐类转化为它们的高价氧化物K2O和Na2O，这些氧化物会与生成的SO3反应，生成它们的硫酸盐，硫酸盐进一步与Fe2O3，SO3发生反应而生成复合硫酸盐。这些复合硫酸盐在550℃～580℃的温度范围内呈熔融状态粘附在管壁上与Fe发生反应，从而加速了管子的腐蚀。

（二）蒸汽腐蚀。随着超临界、超超临界锅炉的不断投运，主汽参数的提高，过热器、再热器蒸汽腐蚀的问题不容忽视，在高温条件下过热器、再热器管容易壁产生蒸汽腐蚀，其实质上是个氧化过程，一旦生成氧化铁之后，这种氧化物就没有金属特性，很容易脱落。国外就有超超临界机组因为严重的蒸汽氧化问题被迫降低参数运行的例子。同时，如果氧化过程产生的氢气不能被蒸汽流及时带走，还将与管子作用，致使金属表面脱碳并使金属变脆而导致氢脆。严重的氢脆会引起管壁的爆破。

（三）应力腐蚀。应力腐蚀是在介质与拉应力同时作用下引起的一种腐蚀，应力腐蚀往往发生在蠕变过程中，由于金属表面氧化膜破裂，导致部分露出的金属承受更大的应力，又在腐蚀性介质（蒸汽或烟气）渗入下因电化学作用而迅速被腐蚀。应力腐蚀的裂纹，常常诱发疲劳或脆性破坏。

四、焊接质量与材料缺陷

过热器、再热器是通过焊接组装而成，由于焊口数量多，异种钢接头多，焊缝与母材一样承受高温高压，因此焊接质量和焊缝组织不合格是发生爆管的根源。特别是异种钢接头，由于异种钢的耐热性能和线膨胀系数不一样，常在接头处出现热胀差，在低等材料部分出现轻微蠕胀，而容易引发裂纹，而这种因材料引发问题不可避免。焊接缺陷会在运行中发生变化和发展，会使焊缝有效截面削弱，强度下降，造成应力集中，最终导致爆漏。

五、提高过热器、再热器可靠性措施

1．在运行中，应严格按运行规程规定操作，锅炉启停时应严格按启停曲线进行，控制锅炉参数和过热器、再热器管壁温度在允许范围内；严密监视锅炉蒸汽参数、蒸发量等主要指标，防止超温超压事故发生；做好锅炉燃烧调整，防止火焰偏斜，注意控制煤粉细度，合理用风，防止结焦，减少热偏差，防止锅炉尾部再燃烧；加强吹灰和吹灰器管理，防止受热面严重积灰；保证锅炉给水品质正常及运行中汽水品质合格，同时注意停炉时的防腐，加强巡视和检查，发现泄漏现象及时采取措施防止事故扩大，损坏其它受热面管。

2．进行技术改造，改进吹灰系统，采取高温防磨措施保护受热面金属以减缓磨损速率。建立专门的防磨防爆制度。在锅炉大小修和临修中，努力消除结渣积灰、烟气走廊和水动力偏差及热偏差较大等情况。

3．为有效防止爆管事故的发生，除在运行、维修方面采取必要的措施外，还要对锅炉受热面做好金属监督工作，主要包括以下几方面：（1）对过热器、再热器里蠕胀、变形和磨损等情况的定期检查；（2）对可能长期存在过热问题的受热面，加装热工温度测点进行监督控制；（3）定期进行割管检查，对高温过热器、再热器管子做金相检验。

六、结束语

过热器、再热器工作环境恶劣，管内工质的温度、压力接近所用材料的极限。要提高过热器、再热器的可靠性就必须有针对性做到超前预测，加强预防，积极采取措施，方可收到了良好的效果，提高机组运行的安全性经济性。

参考文献：

[1]范从振，《锅炉原理》[M].水利电力出版社，2006.8.