电厂锅炉爆管原因分析与防范

（中国石化集团胜利油田设备管理处，山东 东营 257001）

电厂锅炉爆管原因分析与防范

丛岩

（中国石化集团胜利油田设备管理处，山东 东营 257001）

火力发电厂锅炉事故约占电厂总事故的70%，而锅炉爆管泄漏造成的事故停机占52%。结合胜利发电厂防锅炉爆管泄漏的管理经验，对锅炉爆管泄漏原因进行了详细分析并提出预防措施。

锅炉；爆管；原因分析；防范措施

一、设备情况简介

胜利发电厂一期两台锅炉为DG670/13.7-8A型超高压中间再热自然循环、固态排渣贫煤锅炉，分别于1992、1993年投产。二期工程两台锅炉为SG1025/17.40-M851型亚临界压力中间再热自然循环、固态排渣贫煤锅炉，分别于2003、2004年投产。

胜利发电厂自投产以来,由于设计、制造、安装、运行方式等原因经常发生锅炉爆管泄漏。一期两台锅炉在1993至1998年就发生爆管泄漏79次，二期两台锅炉在2003至2008年爆管泄漏8次。

二、锅炉爆管原因分析

1.磨损爆管

锅炉受热面的飞灰磨损和机械磨损是影响锅炉长期安全运行的主要原因。受热面飞灰磨损泄漏爆管有明显的宏观特征，管壁减薄，外表光滑。运行中发生严重泄漏时，可发现两侧烟温偏差，不及时停炉处理，往往会加大泄漏范围，并殃及其他受热面的安全。2008年胜利发电厂4号炉低温再热器B侧西数第一排南数第一根因飞灰磨损爆管。造成严重飞灰磨损的原因是结构因素、设计、安装与检修的不足。在省煤器边排管与炉墙之间、省煤器弯头与炉墙之间、再热器与两侧墙之间存在一个烟气走廊。这个区域由于烟气流动阻力小，局部烟速可增大到平均烟速的两倍甚至更大，造成这些地方管子磨损严重。位于烟气走廊的省煤器、再热器的弯头，过热器下弯头及管卡附近的边排管和穿墙管部位是飞灰磨损较为严重的部位，特别是在省煤器区，烟气温度已较低，灰粒变硬，磨损更为突出。燃烧器、吹灰器附近水冷壁等处也是煤粉、飞灰磨损较为严重的部位。

在安装、运行和检修过程中，如果受热而管子未固定牢固或管卡受热变形，管排就会发生振动并与管卡发生碰撞磨损造成泄漏。

预防磨损的方法主要是减小烟气走廊、均匀气流、受热面管子迎风面加装护瓦或涂耐磨涂料等。

2.腐蚀爆管

锅炉受热面的腐蚀主要是管外的高温腐蚀和水品质不合格引起的管内化学腐蚀。当腐蚀严重时，可导致腐蚀爆管事故发生。高温腐蚀多发生在水冷壁区域。但是大容量锅炉的过热器、再热器的壁温较高，尤其是左右两侧烟温相差较大时，腐蚀现象也比较严重。正常运行情况下，锅炉不会发生管内腐蚀与结垢。品质良好的给水中带有少量杂质，通过炉水处理成为水渣或胶状物质，溶解在水中通过排污排出。

高温腐蚀是炉内高温烟气与金属壁面相互作用的物理化学过程，按其机理通常可分为三大类：硫化物(FeS2、H2S)型腐蚀、焦硫酸盐型腐蚀和氯化物型腐蚀。水冷壁管发生高温腐蚀的区域通常多在燃烧高温区，如燃烧器区附近，其余区域的高温腐蚀明显减弱或根本不发生高温腐蚀。发生高温腐蚀的管子向火侧正面的腐蚀速度最快，管壁减薄量最大，背火侧则不发生高温腐蚀。2011年胜利发电厂3号炉因为高温腐蚀超标更换了300根水冷壁管。

3.过热爆管

过热器和再热器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，所以过热现象多出现在这两个受热面中。受热面过热后，管材金属温度超过允许值，发生内部组织变化，降低了许用应力，管子在内压力下产生塑性变形，使用寿命明显缩短，最后导致超温爆破。因此，应严格控制蒸汽温度的上限。过热分长期过热和短期过热，长期过热是指管壁温度长期处于设计温度以上而低于材料的下临界温度，超温幅度不大但时间较长，使锅炉管子发生碳化物球化，管壁氧化减薄，持久强度下降，蠕变速度加快，使管径均匀胀粗，最后在管子的最薄弱部位导致脆裂爆管现象。长期超温爆管主要发生在高温过热器的外圈和高温再热器的向火面。低温过热器、低温再热器的向火面均可能发生长期超温爆管。长期过热爆管的破口形貌，具有蠕变断裂的一般特性，管子破口呈脆性断口特征：爆口粗糙、边缘为不平整的钝边、爆口处管壁厚度减薄不多。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。短期过热常发生在过热器的向火面直接和火焰接触及直接受辐射热的受热面管子上。爆口塑性变形大，管径有明显胀粗，管壁减薄呈刀刃状；一般情况下爆口较大呈喇叭状；爆口呈典型的薄唇形爆破；爆口的微观为韧窝；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。如果存在炉膛高度设计偏低，火焰中心偏后、受热面偏大、受热面选材裕度不够或错用材料、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，都会造成受热面超温或存在较大的热偏差及局部超温。在制造、安装和检修中，如果出现管内异物堵塞而造成工质流动不畅、断路、短路等，会导致受热面的超温。运行中如果出现燃烧控制不当、火焰后移、炉膛出口烟温高或炉内热负荷偏差大，燃烧不完全引起烟道二次燃烧，减温水投停不当、管内结垢等情况，也会造成受热面过热。加强运行调整和监视，控制管壁超温是预防过热的主要措施。2008年胜利发电厂1号炉高过爆管因为长期过热组织老化级别为4～5级爆管。

4.焊接质量和拉裂

锅炉本体是由受热面焊接组装起来的，每个受热面的每一根管子都有多个焊口，一台大型锅炉整个受热面焊口数量多达几万个。而受热面又是承受高温高压的设备，焊接缺陷主要有裂纹、未焊透、未熔合、咬边、夹渣、气孔等。焊接缺陷的产生原因很多，它与结构应力、坡口形式、母材、焊接材料、焊接参数、热处理工艺和焊工技术水平等有关。保证焊接质量必须加强焊工管理及焊接工艺质量的检验评定。锅炉压力容器焊接的焊工应经考试合格持证施焊，实际施焊位置、管种、尺寸应和合格证所规定准许施焊项目相一致；要特别注意合金钢、异种钢的焊接，注重焊接准备、焊接、热处理、焊后检验各个环节；加强金属监督，防止错用钢材及焊接材料，特别是对有关焊口要全面进行金属检验合格。

拉裂是指在锅炉经过多次启停后，在管子—管子、管子—密封件、管子—刚性梁连接等部件之间由于热膨冷缩不同步、位移不同步，又无足够的补偿能力的情况下管子产生的裂纹泄漏。这些部位炉外有保温层，炉内管排密集，预先检查难以发现，也很难装设监测设备。

避免管子—管子直接接触，如过热器管排夹持管、定位管、屏间屏内焊接管等在设计上应考虑加装过渡板；管屏炉外部分，管子之间不必焊接，使管子有一定的补偿能力。过渡板与管子间的连接焊缝应不等强，即焊接高度应略低于管子壁厚。

管子—密封件处的拉裂主要发生在过热器、再热器的穿墙管处，水冷壁、包墙管与鳍片连接末端等。这个问题主要应在设计阶段和安装期间解决，要把锅炉的支吊装置、锅炉膨胀死点、膨胀方向、膨胀量考虑清楚，要有自我补偿能力。补偿节应适当，预留膨胀间隙及方向应正确。穿墙后的炉外管段应有弯曲弧度，使之具有足够的自我补偿能力。如果发现炉顶过热器管塌落或严重变形，应及时处理。

管子—刚性梁之间的拉裂。大型锅炉的炉膛及尾部都装有刚性梁，刚性梁通过过渡部件与管子连接，刚性梁是锅炉的重要部件，它确保锅炉整体形状及刚性，在锅炉内爆或外爆时，保护锅炉不受损伤。因此必须搞清楚锅炉各个部位的刚性梁及锅炉膨胀系统的设计构想、管子与刚性梁之间的膨胀死点及膨胀方向。管子与刚性梁之间的连接件应完好，不应有开裂、严重变形及卡阻现象；刚性架内侧与管子之间的空隙要充填隔热材料，以防刚性梁内侧受热弯曲变形，产生附加应力。

拉裂引起的泄漏所占比例较大，应认真检查减少拉裂漏泄，预防拉裂主要是消除应力集中现象。2009年胜利发电厂3号炉甲侧中隔墙发生爆管，原因是东数第4根过热器管东侧鳍片与东侧环形集箱焊接在一起，中间没有膨胀缝，而西侧的鳍片有膨胀缝。环形集箱与中隔墙下联箱膨胀不均产生拉伸应力最终传递到过热器管的薄弱环节，导致裂纹产生泄漏，使四周的管子相互吹损。

三、锅炉爆管防范措施

1.加强检修管理，制定实施防磨计划

提高认识，加强四管的检查监督力度。防磨防爆人员要充分利用大、小修对四管进行宏观检查，坚持“逢停必检”原则，掌握锅炉四管金属长期运行中的性能规律，发现和消除金属事故的隐患。对高温腐蚀、磨损、胀粗、鼓包、应力集中等情况加强检查，发现问题及时彻底处理。加强金属监督和化学分析，对热负荷较集中部分采取割管检查和化学分析，对易结焦、易磨损、吹灰器易吹薄的部位进行测厚检查，对过热器、再热器等易超温的部位进行金相分析。通过金相分析分批对管材老化的省煤器进行改造，过热器、再热器进行管材升级更换。

加强四管附件的检查，如防磨瓦、管排卡子，整理管排，严防形成烟气走廊。对检修焊口做好无损探伤检验，把好焊接质量控制关。

2.加强运行管理和炉水监督

运行人员要认真操作，按规程升降负荷。日常密切监视四管报警情况，严防受热面四管超温，加强对管壁温度的监视，减少管壁超温。燃料专业要加强入炉煤快速分析预报工作，为运行人员精心操作、勤调整提供依据，便于运行人员及时调整一、二次风，合理调整风粉量和过剩空气量，使煤粉在炉内充分燃烧。保证磨组在最佳状态运行，严格控制煤粉细度，减少设备磨损。认真进行燃烧调整，控制火焰中心不倾斜，严格控制各部件的参数，严禁超限运行，加强受热面吹灰，防止局部结焦超温。加强炉水监督，保证品质合格等。

3.加强炉外小口径管道泄漏的防治

对炉外小径管如锅炉排污管、底部加热管、取样管，仪表管等，因管壁腐蚀、管材本身缺陷和焊接质量原因造成的泄漏，一是对管材升级并严格焊接质量，将汽包加药管、再热器流量、主汽流量表管的材质由原来的20G更换成1Cr19Ni9，将水冷壁下联箱底部加热和排污管由原来的20G更换成0Cr18Ni9Ti。管材升级后有效解决了炉外小管径管到管壁腐蚀问题；二是采用注胶、捻缝等方法进行带压堵漏。带压堵漏消除漏点快，一般漏点1h内即可完成堵漏，特殊的、规格较大的在数小时内也可以处理完毕。带压堵漏技术还有节约能源、防止污染,不破坏设备系统原貌,易于以后修复等。

四、效果

胜利发电厂对煤粉锅炉防泄漏爆管的研究分析取得良好效果，锅炉泄漏爆管次数由9次/年降到3次/年以下。近几年实现了单台锅炉连续运行480天以上，单台锅炉连续5年未发生爆管，创出部分年度零爆管等单项胜利电厂纪录。

五、结语

防止锅炉爆管泄漏是一项综合工程，应从运行、检修、技术改进等方面加强监督、管理和检查以及综合考虑。胜利发电厂重视锅炉爆管泄漏的预防工作，成立了锅炉防磨防爆小组，定期对机组运行、检修中暴露出的问题开展专题分析活动，超前谋划和防范，修订《防磨防爆管理办法》，制定切实可行的目标、技术措施，层层落实岗位责任制。运行人员根据煤质变化及时调整燃烧，控制合理风速，控制管壁超温、加强设备运行监督和化学监督。检修人员提高检修质量和金属监督力度。防磨防爆小组最近20年积累了丰富的防磨防爆检查经验，并应用到胜利发电厂的实际工作中，坚持“逢停必检”方针，尽可能地扩大检查范围，加强对隐蔽部位的检查，发现了许多问题并及时处理，大大地减少了锅炉非计划停炉，保证了发电厂的安全稳定运行。

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2014-08-05）