锅炉过热器爆管原因分析及对策标准范本

安全管理编号：LX-FS-A56182
锅炉过热器爆管原因分析及对策标
准范本
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锅炉过热器爆管原因分析及对策标
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资料内容可按真实状况进行条款调整，套用时请仔细阅读。

摘要：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。

关键词：锅炉过热器爆管电网
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ø38×4．5的20号碳钢管组成。

第一级过热器和屏过热器用ø42×5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2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。

3．2．1 运行
a．调整了一级、二级减温水的比例，使管子的壁温由580℃降低为540℃该厂装有2级减温器，分别串联在过热器之间，第1级水量为3．5 t ／h，减温幅度为10℃，第2级水量为3．7 t／h，幅度为18℃，采用给水直接喷入。

第1级在低过和屏过之间的低温段过热器出口环形联箱两侧，第2
级安装于高过的中间联箱。

第1级粗调喷水量决定于减温器前的蒸汽参数，并保证屏过管壁温度不超过允许值；第2级作为细调，控制过热器的出口汽温在额定值。

b．烟气侧的调节改变过热器的对流吸热量，通常靠改变经过过热器的烟气量和烟气温度来实现。

燃烧工况的改变对汽温有一定影响，因此，在锅炉运行中，应根据实际情况，改变喷燃器的倾角和上、下排喷燃器的运行方式，从而改变火焰中心的位置和炉膛出口烟温，并通过调节风量挡板，使流经过热器的烟气量发生变化而达到调节汽温的目的。

应注意的是，喷燃器的运行方式和风量的调节，首先应满足燃烧的要求，这有利于设备的安全和提高锅炉效率，因此烟气侧调整只能作为辅助手段。

此外，当负荷过低时，不能用上倾火焰中心高度来增加汽温，以防止锅
炉灭火或煤粉在烟道内再燃烧而发生事故。

3．2．2 控制汽温的变化
a．调节燃煤量该厂是直吹式制粉系统，出力大小直接影响锅炉的蒸发量。

当锅炉负荷有较大变动，需启、停1套制粉系统时，投入的喷燃器应均衡。

当炉负荷变动不大时，可通过调节运行着的制粉系统出力来解决。

如：负荷增加，开大排粉机进出口风量挡板，增加磨煤机出力使磨煤机内少量的存煤作增负荷时缓冲调节，然后再增加给煤量。

b．调节燃烧风量当外界负荷变化时，应对风量作相应的调整。

实际运行中，随着过量空气系数的增加，利于完全燃烧。

但是过量空气的增加要适当，同时烟气流速加大，造成送、引风机的耗电量增加，经济性降低，加剧低温段的磨损，因此要严格监视氧量的变化。

c．保持合理的风、粉配比一、二次风量配比应保证煤粉迅速着火、燃烧完全，合理的送、引风配比，可保持炉膛的负压，减少漏风，建立良好的炉内空气动力场和燃烧的稳定性，避免炉内温度过高、火焰中心偏斜，造成过热器的热偏差增加，过热器管局部超温甚至爆管。

3．2．3 严格控制燃烧高硫煤，防止过热器出现高温腐蚀
a．降低SO3的生成量，设法降低H2SO4露点，减少酸量的凝结。

b．提高温度或避开严重腐蚀的区域，采用抗腐蚀材料。

c．低氧燃烧，降低过量空气系数。

d．加强吹灰工作。

3．2．4 加强各个环节的防范
a．保证二级减温器喷水装置的正常运行，根据情况每隔3～6 a，打开二级减温联箱的堵头，用内窥境观察内壁套筒，是否有裂纹以及套筒是否脱落，能否保证正常运行，发现有问题及时处理。

b．在检修过程中，搞好过热器的防爆检验工作。

c．检查高温区管的氧化皮厚度情况，当氧化皮厚超标时，及时换管。

d．做直管段胀粗测量，合金管不大于2．5％，低碳钢管不大于3．5％。

e．检查管的表面是否有微裂纹，有裂纹时更换。

f．检查高温区向火侧高温腐蚀情况，发现有严重腐蚀坑部位，打磨测厚，当厚度不能满足强度要求时，更换管子。

g．做好过热器管的寿命预测每隔2～5万h，对过热器监视段割管鉴定，进行金相组织分析和机械性能试验。

当发现珠光体球化严重（4～5级），机械性能试验低于标准要求时，制定更换计划。

h．做好记录整理和档案管理，研究过热器管的损坏规律。

4 结束语
在启动调整期间或运行过程所遇到的事故中，过热器受热面的损坏占有相当的比例，应做好防爆工作，以保证锅炉机组的安全运行。

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