锅炉高温过热器弯管的失效分析

锅炉高温过热器弯管的失效分析

田策

大唐清苑热电有限公司  071000

摘要：从宏观角度来看，锅炉内部高温过热器管断口的位置正好穿过炉壁，准确的说高温过热器断口正好在抗磨条焊缝端部，呈横向。高温过热器弯管的管段整体膨胀及减薄状况并不明显，且无脆性断裂的情况发生。断口看上去较为光滑平整，但是仍有疲劳裂纹扩展区的存在。弯管的内壁未出现结垢和腐蚀等问题，但抗磨条的侧壁位置存在一些吹损问题。抗磨杆与管壁间焊缝末端周围有很多堆焊过程形成的凸块。

关键词：锅炉高温；过热器弯头；失效分析研究

一、试验

1.锅炉高温过热器弯管化学成分检测

本次检测是使用定量光谱仪对弯管爆轰管段的化学成分进行检测，选取检测问题是25摄氏度。按照2017年国标的《高压锅炉用无缝钢管》标准要求来对检测成分进行比对，最终检测得知防爆管段内的化学元素含量都在国标准表要求的范围内，符合要求。

2.管道金相分析

把断裂两边的管道进行解剖，先用采用600#平版砂纸将其抛光，再使用金刚石抛光剂对解剖出来的样品来进行二次机械抛光。然后用4%的硝酸-乙醇溶液来对样品进行蚀刻。蚀刻完毕以后，使用无水乙醇来对管道进行清洗，然后用吹风机把管道吹干。最后再利用金相显微镜来观察样品内部的微观组织结构。然后根据对应的钢化球评级标准来给样品进行等级划分。

（1）断口边缘金相组织为铁素体和碳化物，球化等级为4～5级；距断口3mm处的金相组织为铁素体、碳化物和少量珍珠岩，球化等级为3～4级。断口（抗磨棒侧面）8mm和15mm处的金相组织为铁素体、碳化物和少量珍珠岩，球化等级为3级。（2）距离断口2厘米和3厘米位置的金相组织由铁素体、碳化物和珠光体构成，该处的球化等级是3级。

3.弯管断面的硬度和拉伸试验

首先，硬度试验。硬度试验采用的是布氏硬度测试法。即用规格是Hb-3000b的布氏硬度计来对无抗磨杆侧纵断面开展硬度测试。具体测试时选取的各项控制指标包括压头尺寸、载荷、加载时间等。本次试验选择的压头尺寸是2.5mm。载荷强度是187.5kgf，加载时间则是12s。为了保证测试结果的准确性，可以对样品开展5次以上的测试，最终以所有测试结果的平均值作为最终测试数据结果。其次，拉绳试验。拉伸测试是利用拉伸试验机对无抗磨杆侧管段进行拉伸试验。本次试验选用的是WDW-300E试验机。同时为了保证测试结果的准确性，需要在无抗磨杆侧管段上选取3个位置作为测试点开展纵向拉伸测试。本次测试的试验精度是1%，试验环境温度是17℃。将试验测试结果与2017年国标的《高压锅炉用无缝钢管》标准对照来看，本样品力学性能符合要求。

二、锅炉受热面管失效原因探究

1.管壁结垢问题

锅炉受热面管壁结垢问题是导致其失效的重要原因。因为管路受热面管道壁结垢现象能够引发管道热阻的上升问题，影响管壁的传热效果。水垢产生的原因是高温环境下，盐发生反应形成的。水垢的导热系数往往比金属要小。因此若这些水垢附着在管壁上，就会影响管壁的传热效率。同时引发排气温度上升。而当这些氧化皮污垢厚度达到1mm时，不仅会引起燃料消耗，还可能因为管壁温度过高引发管壁膨胀及爆炸问题发生。管壁结构结垢原因分析：当温度升高时，锅炉内部的省煤器及其汽包内部的某些物质的溶解度会随着下降析出。锅炉结垢的污垢主要是由钙镁盐构成的，完全符合这一解释。锅炉内部的水实际上会在锅炉内蒸发凝结，而里面的钙镁盐因为溶解度降低而析出形成固体更难溶解的沉积物，部分会附着于内壁上面。

2.水循环失效问题

水循环故障问题一般都出现在异物堵塞、负荷问题等原因诱发的水循环效果不好的管道中。一般水循环及爆破管不容易损坏，因此内部很少有水垢问题。水循环故障问题产生的主要原因：锅炉内部的蒸汽具有热负荷，引发供水不足的问题，进而使得管道壁上的水发生汽化，管道内部冷却不足，致使管道烧坏问题发生。所以长时间处于超负荷运行状态下的锅炉运行过程中，就可能因为受热问题引发壁管破裂。而管道内部有杂物的话，很容易引发管道堵塞，进而影响水循环的正常运行，使得管道部分位置过冷，极易烧坏。

3.磨损现象

引发磨损的常见原因：第一，烟气流速过快。磨损过程主要是灰飞磨损。而磨损的严重程度又与飞灰的流速及管道负荷量有关。因此飞灰的流速越大，受热面磨损越严重。飞灰引发的磨损常出现在流化床锅炉埋管部位及炉膛出口渣管等位置。而锅炉超载运行时会燃烧更多燃料，进而引发烟气量增加。飞灰是烟气中的重要组分。流速过大时，飞灰流速同时也会增大。第二，灰粒磨损。这里的灰粒是某些工艺不精确或改建不到位、采取保护措施不全面的稻壳锅炉、糠秕燃烧锅炉中稻壳、糠秕燃烧产生的。这些灰粒自身可以磨损烟管。经过一段时间就可能引发破损漏水的问题。第三，机械磨损。锅炉中位于防火门位置的炉管可能会在火灾发生时出现误操作而发生磨损。这种磨损就是机械磨损。

4.缺水问题

缺水是在锅炉运行中非常常见的。同时缺水带来的后果是严重的，危险性也很大。因为缺水以后就容易引发管道热变形问题，甚至是爆炸问题。同时因为缺水，使得部分钢管不能冷却降温，管道壁上的温度快速上升，整体抗拉能力降低。同时还可以使得管道中蒸汽压力太高，引发管道变形、膨胀甚至破裂问题。

三、避免锅炉受热面管失效的手段

1.保证锅炉内部水质，减少结垢问题

减少结垢问题发生的最根本的途径就是保证锅炉内水质，使其符合《工业锅炉水质标准》要求。常见的锅炉水质处理方式是利用炉外化学处理法来减少水中的钙离子和镁离子浓度，避免结垢出现。

2.提升水循环效果

提升水循环效果最基本途径是保证水体的移动水头，同时要保证回路高度。同时可以通过合理的机构设置来保证水循环效果。在设计时保证设置足够的下降线和提取线。此外，在保证下降管的绝缘性的同时，尽可能不在壁管设置或少设置急转弯，以减少温度上升。

3.保证煤质

必须通过燃煤质量的控制来提升燃煤品质，减少燃烧后的烟气量，进而减少磨损问题发生。同时还需保证烟道断面布置的合理性，适当降低锅炉运行风量，控制烟气流速，减少磨损。同时做好点检维修工作，及时更换存在问题的附件。不要将吹灰器对准管道。DZ锅炉燃烧稻壳的方式有几种：将稻壳的进料方式改为链条炉。如上所述，飞灰量与燃料过度投资率有关，通过减少高负荷运行时间可以减少磨损。由于烟气入口的影响，最严重的磨损距离管端约50mm。管端采用套筒设计，方便磨损更换。还要及时消除水垢，避免水垢松散造成的磨损及管体损坏问题发生。

4.采取措施预防缺水发生

为了预防缺水发生，必须进行双管的方式来预防缺水。首先，应用水位保护机制，及时对水位情况进行检测，在发现水位异常时报警加水。其次，设置自动停机装置，对排气温度进行检测，发现烟气温度过高时进行连锁停机，避免出现蒸汽过高，水分流失的问题。

5.采取受热面管道防腐措施

首先，防氧腐蚀。根本途径就是保证除氧到位。为了提升除氧效果，通常会选择采用化学除氧和除氧剂相结合的方式来除氧。常见普通除氧器，则是通过降温的方式来降低氧气溶解度，进而减少水中溶解氧浓度。目前，由于成本和技术问题，真空脱氧、分析脱氧等方法并不流行。由于使用的试剂成本较高，化学脱氧通常用作脱氧剂的辅助手段。把二胺等试剂放到水中来达到除氧的目的。

结束语

总而言之，文章重点对锅炉内部锅炉高温过热器弯管的失效原因进行了分析，得出了引发锅炉问题的几个关键因素。并有针对性地列出了一些可行的解决措施，希望通过实际研究和阐述，帮助改进锅炉使用效果，延长锅炉使用寿命。

参考文献

［1］赵林松，赵彦芬，张路.某电厂锅炉高温过热器爆管原因分析［J］.理化检验（物理分册），2019，55（3）：214-217.

［2］钟艳博.锅炉高温过热器剩余寿命的评估［D］.北京：华北电力大学，2012.