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

刘志朋

烟台市特种设备检验研究院

摘要：随着社会经济的发展，我国的工业化进程有了很大进展，对锅炉的应用也越来越广泛。锅炉工作在高温高压环境中，锅炉受热面广泛接触烟、火、水、蒸汽等物质，这些物质在一定条件下会加速锅炉部件的腐蚀；在锅炉爆管事故中，过热器管、管子等小管子部件引起的停炉事故损失最大，因此分析锅炉受热面管在各种复杂工况下的安全运行对整个锅炉机组的连续运行具有重要意义。本文首先分析了锅炉受热面管失效原因，其次探讨了避免锅炉受热面管失效的手段，以供参考。

关键词：锅炉高温；过热器弯头；失效分析研究

引言

随着国家经济的不断发展，大容量高参数的机组成为主流，超临界机组已经在火电行业普及开来。高温蒸汽与锅炉金属管壁发生氧化反应，产生氧化皮附着在内壁，氧化皮与金属基体存在膨胀系数差异。当达到一定厚度就会随着工况的波动脱落并堆积，造成管壁超温，最终引起爆管事故。生物质发电机组单机容量小、参数较低，在制造、安装和运行过程中的金属监督容易被忽视，使得一些金属部件在服役时发生早期失效的问题，导致机组停运带来重大的经济损失，也会严重损害锅炉设备的使用寿命。为保证机组的稳定运行，有必要分析其脱落的原因，并提出有效可行的防范措施。

1锅炉受热面管失效原因探究

1.1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。

1.2氧化皮剥落原因分析

壁温是锅炉受热面运行状况监测的重要参数之一。壁温测点一般安装在大包里，通过集热块将热电偶焊接在各受热面管穿顶棚进入出口蒸汽联箱之间的管段上。实际运行时，各个壁温值代表的是对应各管出口的工质温度，锅炉厂一般通过设置壁温的报警值来进行受热面的安全控制，该值是以保证受热面炉管的持久强度为目标设定的，并未考虑对金属管内壁氧化皮生成速度的影响，末级过热器的壁温报警值为617℃，在正常的运行控制中，基本不存在壁温超限的情况。从启动至泄漏前，锅炉的主蒸汽参数突然升高，产生一次较大幅度的波动，为了控制超温，大量减温水的投入使得高温过热器温度骤变。

1.3金属壁温监测装置未安装

锅炉经常性处于超负荷运行状态，高温过热器管未安装金属壁温监测装置，使高温过热器长期超温运行而未被发现。

1.4受热面管道腐蚀

常见腐蚀有两种，即氧腐蚀和低温硫腐蚀。首先，氧腐蚀。氧腐蚀经常出现在省煤器内壁、进口及距离给水管、烟管和烟管距离近的位置。氧腐蚀产生的根本原因是水环境中氧气的存在。锅炉内有氧气存在的最主要方式就是：锅炉内部除氧不到位、锅炉未运行时空气流入等。一般而言，供水越多氧腐蚀问题越厉害。其次，低温硫腐蚀。这种腐蚀出现在省煤器外壁。因为低温硫量高的煤器外壁遇到过热空气系数的情况下，会引发烟气露点升高的问题，提升外壁的被腐蚀性。

2避免锅炉受热面管失效的手段

2.1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。

2.2锅炉启停过程中的防控措施

启炉过程中，严格控制温升速率不大于2℃／min，升压速率不大于0.2ＭＰａ／min；机组并列时，控制主蒸汽压力不小于5ＭＰａ；机组冲转前，合理控制冲转参数；当主、再热蒸汽温大于360℃，缓慢投入减温水控制汽温平缓，切不可通过大量投入减温水的手段快速降低主蒸汽温度。停炉过程中严格控制主、再热蒸汽温降速率。深度滑停时，主蒸汽温度不得低于430℃。锅炉灭火后，维持30％风量炉膛通风吹扫10ｍｉｎ后，关闭烟风系统所有挡板进行闷炉，尽可能延长停炉后的自然冷却时间，避免为抢工期提前冷却通风的情况发生。

2.3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。

2.4加强对奥氏体不锈钢弯头部位的监督管理

由于国内很多制造厂家对奥氏体不锈钢冷加工成形后未经固溶处理，应加强对奥氏体不锈钢弯头部位的监督管理。尤其对奥氏体不锈钢弯头等冷加工变形严重的部位及严重积灰部位重点管理在停炉或检修期间定期清除弯头的积灰加强对弯管表面尤其是内弧外表面宏观检查和表面探伤发现裂纹缺陷及时更换。

2.5锅炉检修期间的防控措施

停炉期间，对锅炉末级过热器、末级再热器的重点区域进行管壁测厚和氧化皮积存量的无损检测，当受热面管子内氧化皮堆积高度超过1／3时，进行割管清理，以保证机组下次启动安全稳定。增加末级过热器、末级再热器高热负荷区域的壁温测点，保证每排管子上至少有4～5个测点，增强机组运行期间对管壁温度的监视，发现超温及时采取措施。定期对末级过热器的高温区域进行割管取样，对其内壁氧化皮生成情况进行评估，视情况制定治理措施。

2.6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。建议锅炉应避免经常性超负荷状态运行，高温过热器应加装金属壁温监测及联锁保护装置，加强受热面温度偏差监视，防止炉膛工况变化引起受热面超温，对现有材质老化的高温过热器受热面进行更换，以确保锅炉的安全运行。

参考文献

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