火电厂超温爆管实例分析

超温爆管实例分析

锅炉承压部件的安全运行对整个电厂的安全至关重要。文章结合微水电厂实际，分析了过热器爆管泄漏的机理、原因及实际采取的一些对策，以求对锅炉过热器设备的完好运行有所裨益。

1 前言

据统计，河北省南部电网锅炉各种事故约占发电厂事故的63．2％，而承压部件泄漏事故又占锅炉事故的86．7％。因此迫切需要大幅度降低锅炉临修次数。下面结合微水电厂实际，分析过热器爆管泄漏的机理、原因及采取的一些对策。

微水发电厂锅炉型号为HG－220／100－4，露天布置，固态排渣煤粉炉，四角切圆燃烧，过热器由辐射式炉顶过热器、半辐射屏式过热器、对流过热器和包墙管4部分组成。减温水采用给水直接喷入，分两级减温。炉顶管、包墙管和第二级过热器管用φ38×4.5的20号碳钢管组成。第一级过热器和屏过热器用φ42×5的12Cr1 MoV钢管组成。

2 过热器爆管的主要原因

2．1 超温、过热和错用钢材

2．2 珠光体球化及碳化物聚集

针对12Cr1 MoV钢分析，试验表明当12Cr1 MoV钢严重球化到5级时，钢的室温强度极限下降约11kg／mm2。微水发电厂1993年4月过热器爆管的统计资料表明：因局部长期过热，珠光体耐热钢已达到了5级球化现象，而它的塑性水平仍然比较高。发生球化现象以后，钢的蠕变极限和持久强度下降。通过580℃下对12Cr1 MoV钢的持久爆管试验，可以看出到了球化4级的钢管，其持久强度降低1／3。影响珠光体耐热钢发生球化的因素主要有温度、时间、应力和钢材的化学成份等。在钢中掺入“V”这种强碳化物元素，可以阻碍珠光体的球化过程，只要能形成稳定的碳化物，则球化过程减速。

通过对12Cr1 MoV管试验发现，温度在540℃时，随着运行时间的增加，钢的工作温度下蠕变极限和持久强度也相应降低。随着运行温度的提高、时间的延长、应力的变化都会加速合金元素的固溶体和碳化物间的重新分配现象。

2．3 焊接质量

钢材焊接质量也是影响安全的重要因素之一。焊接的缺陷一般指焊接接头裂纹未熔合、根部未焊透、气孔、夹渣、咬边，焊缝外形尺寸不合格以及焊接接头的金属组织异常等现象。

2．4 金属在高温下的氧化和腐蚀

2．5 飞灰磨损

飞灰磨损一般发生在高温过热器下部弯头位置，飞灰的浓度增大，灰粒的冲击次数增多，磨损更剧烈。

2．6 锅炉运行的影响

2．6．1 热偏差

由于结构和运行条件的影响，运行中某些管子的蒸汽温度和焓增量会超过整个管组的平均值，即热偏差产生热偏差的管子，管内蒸汽温度较高，甚至远超过了金属的管壁温度，从而造成长期严重超温。

形成热偏差的原因有以下两方面：

a．过热器受热不均匀热负荷大的管子，吸热量则大，焓增量也大，其蒸汽温度和管壁温度也较高，受热产生热力偏差，另外烟气中温度场和速度场分布不均匀性等，也会产生影响。

b．管内流量不均匀对于屏过而言，可以使外圈管子短路，减小其阻力，增大蒸汽的流量；除外圈管子外，余下的蛇形管分成2部分：第1个U形管靠近外圈的管子到第2个U形管换到里面，其它的以此类推。这样可减小受热不均，同时各管的长度比较接近，可减少因管子的阻力差而造成的流量不均，在运行时应保持燃烧稳定，防止火焰中心偏斜，消除局部结渣现象，喷燃器投入力求均匀。

2．6．2 影响汽温的因素

2．6．2．1 烟气侧

a．燃料性质的变化尤其是水分和灰分增加时，燃料的热值降低，须增加燃煤量，使汽温升高。如果煤粉变粗，着火延迟，则炉膛出口烟温升高，相应汽温升高，造成管壁的金属温度上升。

b．风量配比变化对汽温的影响炉内的过剩空气量增加时，由于低温空气吸热，使炉膛温度降低，辐射传热减弱，燃烧生成的烟气量增加，烟气流速加快，对流传热增加，因而汽温升高；另外由于配风工况的不同，使火焰中心发生偏斜，如增大上二次风，减小下二次风，火焰中心会偏低。

c．喷燃器的运行方式往往会影响火焰中心的温度，影响汽温的改变。

d．受热面的清洁程度会对汽温产生影响。

2．6．2．2 蒸汽侧

a．炉负荷的变化对于对流式过热器而言，汽温随负荷增加而升高，而对于辐射式过热器，汽温随负荷增加而下降。

该厂采用的是半辐射式过热器，其优点是吸收了一部分炉膛的热量，有效降低了炉膛的出口温度，防止了对流受热面的结渣，装置屏式过热器后，使过热面布置在高温烟气区域，减少了金属的消耗量。由于蒸汽温度较低，管壁金属温度相应低，汽温的变化比较平稳，易于调节。

b．饱和蒸汽湿度的变化当运行工况不稳定，尤其是水位过高或炉负荷突增，而汽包内汽水分离装置效果又不佳时，便会使饱和蒸汽的湿度增加，增加的水分要吸收汽化热，从而使汽温下降，若大量带水还会使汽温急剧下降。

c．减温水的变化当减温水量或水温发生变化时将引起蒸汽侧的总需热量变化，相应的汽温也要变化。

d．给水温度变化当给水温度下降时，给水变为饱和蒸汽所需的热量增多，如果保持燃煤量不变，则蒸发量下降，但烟气传给过热器的热量基本不变，因而使过热汽温上升，相应管壁温上升。

e．蒸汽压力变化根据热力学，压力升高，温度升高，当炉负荷大于外界负荷时，则汽压升高，温度升高；反之，如果锅炉的蒸发量在每时等于外界负荷则汽压稳定，汽温也恒定。

3 实例分析及对策

3．1 泄漏实例

a．由于过热器局部材质不当，使管子长期超温运行，导致爆破泄漏。该厂1989年更换的原西德St45．8／Ⅲ低过管，因含碳低运行3月后爆破。

b．过热器联箱出入口钻孔未完全钻透并被铁屑等杂物堵塞，造成管子长期过热或短期干烧。该厂＃6炉1988因联箱出入口未完全钻透，孔底留有三分之一的周径、2 mm的底边，造成管内蒸汽流量减少，长期过热使屏过第5屏第17根管爆管泄漏。

3．2 对策

该厂＃6、＃7炉分别于1974年、1975年投运以来，过热器共发生爆管21次，究其原因主要是磨损、高温腐蚀、材质老化、过热引起。针对上述情况，采取了如下对策。