鍋爐過熱器爆管原因分析及防治措施

一、基本情況介紹

    威海新力熱電有限公司#7鍋爐，型號為ug-130/3.82-m9，1998年出廠，于2000年底正式投入運行，于2006年11月20日至2007年間先后發(fā)生四次低溫過熱器爆管事故。
    2006年11月20日低過爆管停運后，通過威海市鍋爐壓力容器檢驗所提供的失效分析報告顯示：失效管段破口宏觀特征為：邊緣粗糙，破口周圍有較多縱向裂紋，并有較厚的氧化鐵層，進一步的金相分析顯示為碳化物球化，鐵素體析出碳化物并聚集長大，屬非常明顯的長時超溫導(dǎo)致蠕變速度相應(yīng)加快的脆性斷裂特征。另外，從最近的一次爆管停運后，汽包解體檢查發(fā)現(xiàn)，旋風(fēng)分離器頂帽有脫落現(xiàn)象；汽包壁及旋風(fēng)分離器筒體表面附有暗紅色覆蓋物，并間雜有許多直徑不等的小型鼓包；低過出口聯(lián)箱截取部分管段發(fā)現(xiàn)內(nèi)部積垢嚴(yán)重，鍋檢所分析結(jié)果顯示：內(nèi)容物含有cl- 、 fe3+ ,  naoh、 na3po4其中的一種或兩種，還有可能存在co32-、sio2等物質(zhì)，對應(yīng)聯(lián)箱東側(cè)底部有大量鱗片狀的沉積物。

二、金屬腐蝕的分類

    金屬表面和周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用，而遭到破環(huán)的現(xiàn)象稱為腐蝕。從金屬腐蝕的分類來看：金屬腐蝕一般可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕是金屬和周圍介質(zhì)直接進行化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕，這種腐蝕多發(fā)生在干燥氣體或其他非電解質(zhì)中。此類反應(yīng)多發(fā)生于爐膛內(nèi)金屬和高溫?zé)煔庾饔孟乱鸬母g；過熱器管道內(nèi)金屬與蒸汽直接作用引起的腐蝕。當(dāng)過熱蒸汽溫度高達450℃時，它會與碳鋼發(fā)生反應(yīng)，在450～570℃之間是它們的產(chǎn)物為fe3o4,當(dāng)溫度達到570℃以上時，反應(yīng)產(chǎn)物為fe2o3，這兩種反應(yīng)所引起的腐蝕都屬于化學(xué)腐蝕，當(dāng)產(chǎn)生這種腐蝕時，管壁均勻的變薄，腐蝕產(chǎn)物常常呈粉末狀或鱗片狀，多半是fe3o4 ，在爐內(nèi)發(fā)生汽水腐蝕的部位一般在汽水停滯部位和蒸汽過熱器中。#7爐低過聯(lián)箱東側(cè)出現(xiàn)的大量鱗片狀沉積物符合水蒸氣腐蝕特征。而造成該部位出現(xiàn)沉積物的原因分析為：前幾次的爆管停爐后，由于爆管部位無法施焊，采取封堵的方式對爆管管系進行了封堵處理，先后封堵了62排管系中的12排，封堵后一方面造成該部位飽和蒸汽流動停滯，另一方面造成剩余管系吸熱量及蒸汽流速增加，有可能造成聯(lián)箱局部超溫，流動停滯造成蒸汽中雜質(zhì)在相應(yīng)管段沉積造成垢下腐蝕，加之局部超溫造成水蒸汽腐蝕，從而引起聯(lián)箱底部臺座形成鐵的氧化物而整體減薄。
    電化學(xué)腐蝕是金屬和周圍介質(zhì)發(fā)生了電化學(xué)反應(yīng)。金屬處于潮濕的地方或遇到水時特別易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，這類腐蝕在生產(chǎn)中較普遍而且危害較大。溶解氧腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕，鐵和氧形成兩個電極，組成腐蝕原電池，鐵作為陽極在反應(yīng)中腐蝕消耗。鋼鐵發(fā)生氧腐蝕時，其表面形成許多直徑1～30mm不等的小型鼓包，鼓包表層的顏色由黃褐色到磚紅色不等，次層是黑色粉末狀腐蝕坑陷，在給水系統(tǒng)中最易發(fā)生氧腐蝕的部位是給水管道和省煤器，當(dāng)給水含氧量高或除氧器運行不正常時，有可能造成鍋內(nèi)發(fā)生氧腐蝕。通過汽包解體檢查發(fā)現(xiàn)，汽包壁及旋風(fēng)子表面腐蝕屬明顯的氧腐蝕特征。
三、爆管原因分析
    a 、運行工況的影響
    #7爐在2000年投運初期，由于安裝質(zhì)量問題造成虛假水位，致使煮爐過程中藥液進入過熱器管段，對管段可能造成一定的損傷；作為調(diào)峰爐，#7爐在前兩年的運行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)超負荷及低負荷運行工況；另一方面從爆管分布的區(qū)域來看,主要集中于聯(lián)箱東側(cè)的十幾排管路,疑似煙氣走廊致使東側(cè)管束超溫爆管,而爐內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)過熱器管束安裝分布均勻,間隔梳型板也未出現(xiàn)脫落現(xiàn)象,低過迎風(fēng)面管束靠近東側(cè)的十幾排表面光潔度要比西側(cè)高，結(jié)合近兩年的運行日志發(fā)現(xiàn)，2005年#7爐由于燃用煤種原因，先后兩次出現(xiàn)過熱器掛焦而使鍋爐出現(xiàn)80-100pa的異常正壓運行工況，其中一次通過更換煤種使?fàn)顩r改善，另一次被迫停爐，停爐后的檢查發(fā)現(xiàn)，西側(cè)過熱器掛焦情況要比東側(cè)嚴(yán)重，這應(yīng)該是造成東西兩側(cè)過熱器管束吸熱不均而導(dǎo)致東側(cè)管束超溫的一個影響因素，至于兩側(cè)結(jié)焦的不均勻性，又與燃燒調(diào)整、火焰中心位置及兩側(cè)引風(fēng)機出力等因素有關(guān)。另外，鍋爐啟動過程中升溫速度過快、低負荷運行時間過長、點火輸水不充分等都將直接影響到過熱器運行的安全性。
    b、汽水品質(zhì)的影響
    #7爐投運后，先后多次出現(xiàn)東側(cè)電接點水位計指示波動不準(zhǔn)的現(xiàn)象，經(jīng)更換電接點等措施未見改觀；通過對部分截取的過熱器管段分析發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在積鹽情況，其成分分析為：磷酸根35%,碳酸鈉30.74%，nahco3 9.66%, sio2 0.8%,氯根 0.6%，通過對汽包的解體檢查發(fā)現(xiàn)，靠近汽包東側(cè)的第5支旋風(fēng)分離器頂帽脫落，汽包內(nèi)壁及旋風(fēng)子筒體紅色物質(zhì)化驗為氧化鐵含量70-90%，此外含有少量的鈣、鎂、硅和磷酸鹽等物質(zhì)，通過以上化驗數(shù)據(jù)及汽包解體檢查分析情況來看，造成過熱器內(nèi)部積鹽的直接影響因素為飽和蒸汽品質(zhì)問題，而造成飽和蒸汽品質(zhì)下降的原因可歸納為：①爐水含鹽量偏高，導(dǎo)致管內(nèi)壁積鹽，而造成積鹽的可能性又有以下幾個方面：加藥量偏高，或者加藥的不均勻性，導(dǎo)致局部積鹽；凝結(jié)水水質(zhì)不合格也可引起爐水含鹽量增高，尤其是我公司夏季以海水作為循環(huán)冷卻水，凝汽器局部泄漏有可能使部分海水通過除氧器進入鍋爐汽包 ②設(shè)備故障導(dǎo)致汽水分離效果下降，旋風(fēng)分離器頂帽脫落直接影響到汽水分離效果經(jīng)進一步的汽包內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，除掉落的一只頂帽外有多達6至7個頂帽點焊松脫，這應(yīng)該是影響汽水分離效果的直接原因③除氧效果不佳也是造成爐水品質(zhì)下降的一個影響因素，旋風(fēng)分離器筒體表面不均勻分布的暗紅色鼓包，為明顯的溶氧點腐蝕特征，而造成給水溶氧的原因，可能為除氧器除氧效果不佳；停爐后的的保養(yǎng)不到位，爐水未及時排放等因素有關(guān)。④定排量偏少，造成絮狀水渣沉積，含量過大時隨同蒸汽進入過熱器管段。據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)#7爐在運行過程中，定排量每月平均不到一次，明顯達不到要求。

四、防止爆管采取的措施：

    1. 加強入爐煤的管理
     入爐煤的指標(biāo)控制入手，避免燃用偏離設(shè)計值過大的煤種，通過合理摻配煤達到合格入爐煤標(biāo)準(zhǔn)。

    2. 加大運行調(diào)整管理力度
    依據(jù)煤質(zhì)化驗單及時調(diào)整燃燒工況，避免出現(xiàn)火焰偏斜和燃燒中心上移導(dǎo)致超溫情況的發(fā)生；避免長期正壓運行工況的出現(xiàn)；嚴(yán)格按照升壓曲線要求進行啟動升壓，嚴(yán)禁趕火升壓。合理調(diào)配負荷，避免出現(xiàn)長期超負荷及低負荷等不正常工況的出現(xiàn)。
    3. 加大設(shè)備檢修力度
    利用負荷低峰期對低溫過熱器管段進行取樣分析，定期對汽包進行解體檢查，重點檢查分離器積垢及焊點情況，必要時進行噴砂打磨及焊接處理；檢查汽包內(nèi)加藥管及連排管路，以防出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

    4. 加大汽水品質(zhì)的監(jiān)控力度
    保證合格的除氧溫度，合理控制磷酸鹽的添加量，保證添加藥品的質(zhì)量合格，做好定期排污工作。
    ⒌做好停爐后的保養(yǎng)工作