干熄焦余热锅炉爆管事故分析及预防

余热锅炉炉管爆漏分析及其预防

朱长军

（首钢京唐钢铁联合有限公司）

摘要本文主要论述了干熄焦锅炉各部炉管爆漏的判断和原因分析，结合首钢干熄焦锅炉实际情况提出了预防方法。

关键词干熄焦炉管爆漏

余热锅炉是干熄焦工艺实现热能转换的核心设备，在影响锅炉安全运行因素中，炉管爆漏事故是检修时间较长的恶性事故，对焦化和后续生产会造成较大影响。因此，稳定干熄焦生产减少锅炉炉管爆漏次数，降低锅炉被迫停运时间，是提高锅炉运行可靠性和经济性的关键因素。本文综合分析了余热锅炉炉管爆漏事故的原因，并提出了防止炉管爆漏事故措施。

一、干熄焦余热锅炉特点

首钢京唐西山焦化部干熄焦工程采用的锅炉是室外自然循环型单汽包余热锅炉，设计参数为：蒸汽压力9.81 MPa、温度540℃、流量134T/H，锅炉入口温度980℃，属电站高压锅炉。环境特点是：循环气体内含有大量的焦粉颗粒，同时循环气体内的化学物质易与管壁形成露点腐蚀，在腐蚀、结垢、磨损的作用下造成管壁变薄，力学性能下降，最终导致泄漏频发。干熄焦流程及主要参数如图一所示。

二、锅炉炉管爆漏现象

锅炉炉管爆漏后会产生高频啸叫声，但由于现场比较嘈杂难于分辨，可用听针进行分辨（也可以在锅炉本体安装检测仪表）。在泄露发生一段时间后可由预存段压力调节阀放散点（将军帽处）看到白色蒸汽冒出，当爆漏扩大后可由锅炉本体外壳和循环风机泄水点排出水来，循环气体系统的H2含量上升，以及因粉尘灰变潮湿堵塞排灰口因而无法正常排灰等一系列直观现象。

1、副省煤器管爆漏

副省煤器出口气体温度较正常工况有所下降，循环风机泄水有水排出，将军帽处有少量蒸汽。严重时进入除氧器的给水减少，除氧器水位调节阀开度逐渐增加。

2、省煤器管

锅炉出口循环气体温度较正常工况有所下降，锅炉下部出口泄灰阀处有潮湿或有水滴出，将军帽处有少量蒸汽。严重时进入锅炉汽包的给水明显减少，水位连续下降。

3、蒸发区管

蒸发区管件发生爆管时，有沉闷振动声，将军帽处有大量蒸汽冒出，锅炉内气体阻力上升，循环气体系统的H2含量上升，循环风机底部泄水有蒸汽排出，当爆漏扩大后可由锅炉本体外壳和循环风机泄水点排出水来。

4、过热器管

炉膛内发出清脆的尖啸声伴随着蒸汽的喷射声，将军帽处有大量蒸汽冒出，循环气体系统的H2含量上升。

5、水冷壁管

外护板处有大量或间断热气或水流涌出。将军帽处有大量蒸汽，严重时汽包水位迅速下降，且无法维持。

三、锅炉炉管爆漏原因分析

引起锅炉爆漏的原因较多，其中磨损、腐蚀、过热、焊接质量差是导致炉管爆漏的主要原因。

1、磨损

干熄焦锅炉受热面粉尘磨损和机械磨损，是影响锅炉长期安全运行的主要原因。粉尘磨损的机理是携带有灰粒的高速气体（干熄焦锅炉入口循环气体速度可达6.3m/s）通过受热面时，粒子对受热面的每次撞击都会肃离掉极微量的金属，从而逐渐使受热面管壁变薄、循环气体携带的粉尘越多，撞击的次数就越多，其结果都将加速受热面的磨损。长时间受磨损而变薄的管壁，由于强度降低造成管子泄漏。由于干熄焦锅炉二次过热器部位冲刷过于严重因此悬吊管都装有护板，一旦开焊松脱将会造成管壁磨损，这也是年修需要检查的重点部位。

造成严重粉尘磨损的原因主要有进口含尘量超标、结构因素、设计/安装与检修的不足。1DC不及时排灰可造成进入锅炉的粉尘含量超标（设计≤6g/m3,如1DC不及时排灰含量可达到12 g/m3）。正压区的副省煤器、锅炉炉管的弯头及管卡附近的边排管和穿墙管部位是粉尘磨损较为严重的部位。

除粉尘磨损外当悬吊管等炉管本身固定不当在大循环风量吹动下发生震颤或共振时的

相互磨损也会造成炉管爆漏。电镀层（防磨镀层）的损坏也会加剧炉管磨损问题。

图二是发生在一期水冷壁泄水管的泄

露现场照片，从外观看很明显看出是管外

壁变薄的粉尘磨损，分析原因是内凹槽造

成的气流涡流造成磨损。在安装、运行和

检修过程中，如果受热而管子未固定牢或

管卡受热变形，管排就会发生振动并与管

卡发生碰撞磨损，造成机械磨损而漏泄，

以及固定点设计不合理也会造成炉管膨胀

受限而引发泄露。

2、腐蚀图二水冷壁泄水磨损泄露点

锅炉炉管受热面的腐蚀主要是管外的腐蚀和水品质不合格引起的管内化学腐蚀。当腐蚀严重时，会导致发生腐蚀爆管事故。类别主要有结渣腐蚀、露点腐蚀、氧腐蚀、酸/碱腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、高温下氧化“剥皮”、点蚀、沉积物下腐蚀、高温硫腐蚀等。

水冷壁等炉管上如果产生结渣，在周围处于一定温度和还原性气体条件下，会产生较为严重的水冷壁管外腐蚀。

副省煤器和省煤器会因给水温度偏低的现象使管外惰性气体行程结露，进而发生所谓露点腐蚀，由于惰性循环气体中含有约20ppm的SO2、7.7%的H2O及CO和CO2如给水温度控制超标就会造成管外壁腐蚀严重。

锅炉受热面在停用时与不合格水或湿空气接触，受空气中O2、CO2和SO2的影响会产生管内化学腐蚀。在给水含氧超标时（国标规定给水溶解氧含量≤15PPm）使省煤器内壁产生点状氧腐蚀。氧腐蚀是副省煤器和省煤器最常见的腐蚀方式。

通常锅炉受热面内表面有一层几微米厚的磁性氧化膜（Fe3O4），这层薄膜可以阻止水与膜下的金属接触，使反应停止。如果运行中磁性氧化膜保持完好，或者局部损坏后能自行恢复，就不受腐蚀。当保护性氧化膜与水、空气接触时，Fe3O4转为Fe2O3，失去保护作用，这一反应在运行中和停用中都会发生。在pH值为9.4～11时腐蚀不大，当pH值小于5或大于13时，保护性氧化膜是可溶的。一般运行情况下，锅水平均pH值为9.4～11，然而，在锅炉沉积物下，锅水可能浓缩，在破坏保护膜以后，腐蚀也就不再被抑制。当锅水中有游离的NaOH时，在多孔性的沉积物下造成不规则的损坏，当管壁减薄到一定程度后穿孔，但管子韧性和金相结构都无改变，也无鼓包，即所谓垢下腐蚀。

由于其它腐蚀与其它电站锅炉差别不大，可以参考同类型燃油燃汽锅炉，这里不再赘述。

图三沟槽（鼠噬）状高温腐蚀后二次过热器炉管

3、过热

过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，受热面过热后，管材金