锅炉爆管典型事故案例及分析

锅炉典型事故案例及分析

第一节锅炉承压部件泄露或爆破事故大型火力发电机组的非停事故大部分是由锅炉引起的。随着锅炉机组容量增大，“四管”爆泄事故呈现增多趋势，严重影响锅炉的安全性，对机组运行的经济性影响也很大。有的电厂因过热器、再热器管壁长期超温爆管，不得不降低汽温5~10℃运行；而主汽温度和再热汽温度每降低10℃，机组的供电煤耗将增加0.7~1.1g/kWh；主蒸汽压力每降低1MPa，将影响供电煤耗2g/kWh。为了防止锅炉承压部件爆泄事故，必须严格执行《实施细则》中关于防止承压部件爆泄的措施及相关规程制度。

一.锅炉承压部件泄露或爆破的现象及原因

（一）“四管”爆泄的现象

水冷壁、过热器、再热器、省煤器在承受压力条件下破损，称为爆管。

受热面泄露时，炉膛或烟道内有爆破或泄露声，烟气温度降低、两侧烟温偏差增大，排烟温度降低，引风机出力增大，炉膛负压指示偏正。

省煤器泄露时，在省煤器灰斗中可以看到湿灰甚至灰水渗出，给水流量不正常地大于蒸汽流量，泄露侧空预器热风温度降低；过热器

和再热器泄露时蒸汽压力下降，蒸汽温度不稳定，泄露处由明显泄露声；水冷壁爆破时，炉膛内发出强烈响声，炉膛向外冒烟、冒火和冒汽，燃烧不稳定甚至发生锅炉灭火，锅炉炉膛出口温度降低，主汽压、主汽温下降较快，给水量大量增加。

受热面炉管泄露后，发现或停炉不及时往往会冲刷其他管段，造成事故扩大。

（二）锅炉爆管原因

（1）锅炉运行中操作不当，炉管受热或冷却不均匀，产生较大的应力。

1)冷炉进水时，水温或上水速度不符合规定；启动时，升温升压

或升负荷速度过快；停炉时冷却过快。

2)机组在启停或变工况运行时，工作压力周期性变化导致机械应

力周期性变化；同时，高温蒸汽管道和部件由于温度交变产生热应力，两者共同作用造成承压部件发生疲劳破坏。

（2）运行中汽温超限，使管子过热，蠕变速度加快

1)超温与过热。超温是指金属超过额定温度运行。超温分为长期

超温和短期超温，长期超温和短期超温是一个相对概念，没有严格时间限定。超温是指运行而言，过热是针对爆管而言。过热可分为长期过热和短期过热两大类，长期过热爆管是指金属在应力和超温温度的长期作用下导致爆破，其温度水平要比短期过热的水平低很多，通常不超过钢的临界点温度。短期过热爆管是指，在短期内由于管子温度升高在应力作用下爆破，其

温度水平较高，通常超过钢的临界点温度，会导致金属组织变化发生相变。

长期过热是一个缓慢的过程，锅炉运行中管子长期处于设计温度以上而低于材料的的下临界温度，逐渐发生碳化物球化、管壁氧化减薄、持久强度下降、蠕变速度加快而导致爆管。根据工作应力水平，长期过热爆管可分为三类：高温蠕变型、应力氧化裂纹型和氧化减薄型。高温蠕变型、应力氧化裂纹型过热爆管主要发生在过热器中，氧化减薄型过热爆管主要发生在再热器中。长期过热的主要原因包括热偏差、热力计算失误、错用钢材及异物堵塞。

短期过热是一个突发过程，运行中管子金属温度超过材料的下临界温度，因内部介质压力作用发生爆裂。短期过热通常发生在水冷壁、过热器和再热器向火面。

长期过热与短期过热爆管特征见表1-2-1。

长期过热与短期过热爆管特征

2)热偏差。影响热偏差的主要因素是热应力不均和水力不均。电厂厂用受热面钢管的最高允许温度见表1-2-2

3)传热恶化。第一类传热恶化也称作膜太沸腾，是指管外热负荷

过大，因管壁形成汽膜导致的沸腾传热恶化。第一类传热恶化所对应的临界热负荷非常大，大型电站锅炉一般不会发生。第二类传热恶化即管内环状流动的水膜被撕破或者“蒸干”。发生第二类传热恶化的热负荷低于第一类传热恶化的热负荷值。直流炉因加热、蒸发、过热三阶段无明显分界点，工质含汽率x 由0逐渐上升到1，发生第二类传热恶化不可避免。直流锅炉蒸发受热面的沸腾传热恶化现象主要与工质的质量流速、工作压力、含汽率和管外热负荷有关。

（3）受热面磨损。受热面磨损是由含灰气流对受热面冲刷撞击造成的。受热面磨损的速度与气流速度的三次方成正比，与飞灰浓度成正比，与管子的排列方式、管子的耐磨性能有关，同时，飞灰硬度、形状、直径大小也是影响受热面磨损速度的因素。

受热面磨损是省煤器爆管的主要原因。

（4）受热面腐蚀。

1)炉管内高温氧化腐蚀。受热面管子中铁离子在一定的温度下氧

化，随着受热面壁温度升高，氧化速度不断加快；当温度高于580℃时，炉管金属内壁氧化皮层由FeO、Fe2O3、Fe3O4三种氧化物组成，最靠近金属的氧化物FeO构成氧化层的主要部分。

由于FeO的晶体疏松不紧密，晶体缺陷多，易造成氧化层脱落，使金属与氧易于接触而重新氧化，加速了氧化过程，产生高温氧化腐蚀破坏。同时，氧化皮脱落导致受热面堵塞，管子过热爆管。

2)炉管内结垢、腐蚀。给水品质不良，炉水品质差，引起炉管管

内结垢，结垢后易产生垢下腐蚀。同时，结垢使传热热阻增大，管壁温度上升，强度减弱，发生爆管。

3)受热面的高温黏结灰和高温腐蚀。在高温烟气环境中，飞灰沉

积在受热面管子表面，烟气和飞灰中的有害成分（复合硫酸盐）会与管子金属发生化学反应，使管壁减薄、强度降低，称为高温腐蚀。

4)制造、安装、检修质量不良。如管材或管子钢号错误、管子焊

口质量不合格、弯头处管壁严重减薄。

二、承压部件爆破泄露典型事故

案例一、水冷壁过热爆管

1.事件经过

某电厂两台容量为1910t/h本生型直流锅炉，锅炉蒸发Ⅰ段采用螺旋水冷壁，Ⅱ段采用一次垂直上升水冷壁。自2005年投产至2007年，两台锅炉共发生十多次水冷壁横向裂纹泄露事故。统计十多次水冷壁泄露点情况；泄露点集中于前、后墙水冷壁区域，即蒸发Ⅰ段出口联箱入口处、锅炉蒸发Ⅱ段入口联箱出口处、蒸发Ⅰ段出口下部1~2m处以及炉膛内个别燃烧器上部受热较强的水冷壁。2007年6月，对停炉小修的2号锅炉蒸发Ⅰ段、Ⅱ段处仔细检查，发现横向裂纹十多处，这些水冷壁横向裂纹密集，向火侧管壁有氧化皮和球化现象。泄露裂口断面粗糙，管子基本没有涨粗减薄现象。

2.事故原因分析

（1）水冷壁泄露的原因为管子横向裂纹失效。锅炉运行中，由于高负荷区域工质流速低的水冷壁管壁壁温上下交变，管子向火侧外壁管壁温度高达500℃，温度波动幅度为±50℃，该管段由于受热面管内汽水混合物全部“蒸干”，出现不稳定的过热现象，管壁温度大幅度波动导致疲劳失效破坏。

（2）炉内火焰分布不佳，热负荷不均匀。锅炉采用前后墙对冲旋流燃烧，24只燃烧器分为三层，由于各一次风管煤粉浓度不均，造成炉内火焰分布不佳，热负荷不均，出现了蒸发Ⅰ段出口联箱入口处、锅炉蒸发Ⅱ段入口联箱出口处、蒸发Ⅰ段出口下部及炉膛内个别燃烧器上部受热较强的水冷壁超温现象。

（3）运行中两台机组长期参与电网调峰，使得锅炉低负荷工况运行时间长，水冷壁水动力特性不稳定，造成管壁温度波动。