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，管材金属温度超过允许使用的极限温度，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，使用寿命明显减少，最后导致超温爆漏。

除过热器外其它受热面选材裕度不够或错用材料、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、短路等情况，会导致受热面的超温。

运行中如果出现锅炉入口温度超高或负荷过大、减温水投停不当、管内结垢等情况，也会造成受热面过热。

当给水品质不良时，炉水中的Fe、Cu、Ca、Mg、SiO2等杂质在蒸发受热面内被浓缩，并从锅水中游离出来附着在管内表面，形成水垢，水垢的传热系数只有钢管的1／200，影响传热，并使壁温上升，导致管壁过热鼓包或破裂。

蒸发量（给水量）偏离设计值过多，人为造成“届时工况”过热面积过大，过热蒸汽温度超出既定设计值，管材壁温使强度值接近或超过材质屈服限，也会导致炉管爆管。

受热面选材裕度不够或错用材料、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。

4．焊接质量锅炉本体就是由焊接组装起来的，每个受热面的每一根管子都有多个焊口，一台锅炉整个受热面焊口数量上万个。

焊接缺陷主要有裂纹、未焊透、未熔合、咬边、夹渣、气孔等，这些缺陷存在于受热面金属基体中，使基体被割裂，产生应力集中现象。

而受热面又是承受高温高压的设备，在介质压力作用下焊接缺陷处的高应力逐渐使炉管开裂，最终贯穿受热面管壁导致爆漏事故。

2004年底至2005年4月首钢焦化厂二期锅炉省煤器三次发生泄漏的直接原因就是焊接缺陷造成的。

因此，焊接质量的好坏对锅炉安全经济运行有着重大的影响。

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。

另外，给水压力周期变化，会造成省煤器管内水冲击，也会对省煤器使用寿命造成影响。

炉管本身的质量问题也是一个影响因素，图三所示的是2006年干熄焦二期过热器管打压发现的砂眼，经过鉴定最终确认原因为管材本身质量存在问题，经过一段时间的受压运行隐患暴露了出来。

图四过热器管爆漏砂眼四、防止锅炉炉管爆漏措施为减少和防止锅炉炉管爆漏，应坚持设备的全过程管理，在运行和检修过程中，要从管理和技术两方面抓好以下几项工作。

1．加强制度管理为了使锅炉炉管爆漏次数减少，应加强对锅炉压力容器安全监察、金属监督、化学监督管理方面的工作，把国标及行业标准制定的一系列导则、规程、制度和管理办法真正落实到设备管理的实处。

在锅炉大修和临修中，负责对受热面磨损、管外腐蚀、胀粗和撕裂等情况做定期、有计划的检查。

锅炉结渣积灰时，应利用年修停工时及时进行吹灰和清除，防止受热面的结灰结渣。

化学监督体系应保证减少或减缓管子内部腐蚀、结垢造成的爆漏。

严格贯彻执行电力部《电站锅炉水、汽监督规程》，着重保证进入锅炉的给水品质及锅炉运行中汽、水蒸汽品质合格；防止因凝汽器铜管腐蚀泄漏，在发生泄漏时应及时查漏、堵漏；炉管结垢量超标时，要及时进行锅炉酸洗；对停备用的锅炉设备采取适当的防腐保护等。

金属监督体系在材料、焊口检验等方面开展防磨防爆工作，保证检修过程中不发生错用钢材等问题，对产生胀粗、变形和有可能发生组织变化的管材做出鉴定和处理意见，对爆管管材进行金相检验，掌握锅炉炉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。

热工监督体系应定期校验金属，监督相关的热工表计和保护装置，给运行人员提供可靠的监测数据，同时对检修焊口做好无损探伤检验，把好焊接质量控制关。

2．加强运行管理加强运行人员的培训考核，做到持证上岗。

严格按运行规程的规定操作，认真执行有关安全规程和制度。

锅炉启动和停运过程中，应严格按启停曲线进行操作，控制锅炉入口温度和主蒸汽温度在允许范围内，并严密监视及时调整，防止锅炉各参数大起大落或严重超限，同时注意汽包、各联箱和水冷壁膨胀是否正常。

运行中应严密监视锅炉蒸汽参数、蒸发量及水位，防止超温超压、满水或缺水事故的发生，确保锅炉正常运行。

严禁运行中切除联锁保护。

监测1DC运行情况，避免因料位计或排灰阀故障造成1DC灰仓满灰而除尘失效，造成进入锅炉的粉尘含量超标。

运行人员应认真监视工艺参数和巡查，及时发现受热面的爆漏，并及时采取相关措施，查明爆漏部位，对于可能危及人身安全或将造成其他设备、容器、管道严重损坏的爆漏事故，应实行紧急停炉。

受热面爆漏发生后，为防止事故扩大，冲刷损坏其他管子造成处理难度增大和留下隐患，在可能的情况下应尽量早停炉处理。

做好锅炉炉管爆漏事故分析工作，对锅炉炉管爆漏事故要如实反映爆漏前的运行工况及发生事故时的处置，以便吸取教训，采取相应的改进措施。

3．加强检修管理检修要始终把质量放在第一位，应贯彻执行《发电厂检修规程》、《发电厂金属监督规程》、《锅炉压力容器监察规程》、《锅炉检验规程》等规程，并加强受热面检查、处理、更新和改进，把防止锅炉承压部件爆破泄漏的各项措施落实到设计、制造、安装、检修和运行工作中，要把责任落实到人，并做好技术档案管理工作。