140t干熄焦鍋爐系統的爆管與處理

尹更新

摘 要：結合唐山中潤煤化工有限公司干熄焦余熱鍋爐的運行情況及國內干熄焦鍋爐爆管的原因進行技術分析，得出干熄焦余熱鍋爐爆管的主要原因，對故障檢維修處理方法進行探討，同時制定預防措施，降低鍋爐爆管的發生率。

關鍵詞：干熄焦鍋爐；過熱器；蒸發器；爆管；技術分析；預防措施

干熄焦鍋爐是一種余熱鍋爐，是干熄焦系統的重要組成部分。干熄焦系統流程：惰性循環氣體（主要是N2）通過循環風機送入熱管換熱器冷卻至130℃進入干熄爐與焦炭進行熱交換后高溫惰性氣體880～960℃經過一次除塵器分離粗顆粒焦粉，進入干熄焦鍋爐進行熱交換，溫度降至約160℃后進入二次除塵器進一步分離細顆粒焦粉，最后返回循環風機，從而完成了一次循環。干熄鍋爐產生的蒸汽被送往汽輪機發電。干熄焦鍋爐是能源轉化與回收的中心，是保證干熄爐穩定運行的重要環節。

唐山中潤公司煉焦分廠設置有兩座處理量為140t/h的干熄焦裝置，配有兩套高溫高壓余熱鍋爐，額定蒸汽壓力10.3MPa，額定蒸汽溫度為540℃，自然循環，爐膛型式為膜式水冷壁。干熄焦鍋爐發生爆管時水蒸氣與干熄爐內紅焦炭發生化學反應，產生大量的CO、H2，當可燃氣體含量達到爆炸極限時會有爆燃的可能，危機設備、人身安全和生產系統的正常運行。

1 鍋爐爆管的發生與處理

2011年12月某日12時37分，煉焦分廠1#干熄爐預存室、鍋爐入口壓力波動較大，同時循環氣體H2、CO含量明顯上升且速度較快，蒸汽量下降明顯，初步判斷為鍋爐爆管，于12時45分停循環風機，開啟一次除塵器緊急放散。當鍋爐壓力降至可控范圍后，開啟循環風機，通過導入氮氣控制可燃氣體含量，逐步降低干熄爐料位，降低鍋爐負荷。

停爐后對鍋爐進行了整體檢查，二次過熱器爐管表面磨損嚴重，且在爐管表面發現一漏點，經過管道壁厚測量，磨損量均在2mm左右（設計厚度5.3mm含噴涂層）。

雖然二次過熱器整體磨損嚴重，但由于多種因素制約不具備整體更換條件，故進行臨時處理。根據測量結果對管壁最薄的的四根過熱管束進行封堵，對其余磨損嚴重的管道表面加蓋不銹鋼防護板（材質：0Cr23Ni13），保護爐管上管面，降低磨損。

2 鍋爐爐管破損爆裂的原因分析

2011年底至2012年初干熄焦鍋爐二次過熱器發生多次爆管故障，主要原因為2011年兩座干熄焦除塵裝置擋墻坍塌，大顆粒焦粉進入鍋爐爐膛，加大爐管沖刷，導致二次過熱器上管面失效。

造成干熄焦鍋爐爐管破損爆裂的原因很多，有鍋爐設備本身和生產操作不當等原因，也有外部因素的作用，主要有以下幾個方面：（1）鍋爐爐管在制造、焊接、安裝或者酸洗中存在缺陷，經受不住干熄焦生產的正常波動而磨損；（2）鍋爐爐水水質不良，造成爐管管壁結垢后受熱超溫而破損或鍋爐給水溶解氧長期超標，對鍋爐低溫區產生氧腐蝕而造成爐管破損；（3）循環氣體的高溫腐蝕、夾帶焦粉對爐管磨損使其強度下降而破損；（4）鍋爐系統頻繁啟停，鍋爐爐管斷水或局部水循環不良；（5）鍋爐入口溫度過高，溫度波動頻繁且范圍大；鍋爐出口循環氣體長期處于低溫狀態，造成鍋爐下部省煤器爐管因低溫腐蝕而破損；（6）鍋爐爐管表面存在脫落的澆注料、遺留鐵器等雜物，造成爐管局部過熱，導致爐管破損。

通過對中潤公司干熄鍋爐幾年來運行情況的總結，循環氣體夾雜的熾熱焦粉對二次過熱器上層管面的沖刷磨損較為嚴重，為了延長爐管的使用壽命，中潤公司于年修期間在二次過熱器上層爐管表面鋪設一層（材質309S）防護罩（圖1）。在保證循環氣體流通截面積基本不變的情況下，有效降低了焦粉對爐管表面的沖刷。

為了減少高溫煙氣的“渦流回旋”的沖刷磨損，年修期間對整個爐膛進行了清理，防止爐管局部過熱，同時降低阻力，盡量保證循環風量在整個爐膛內均布。中潤公司干熄焦鍋爐過熱器爐管材質為12Cr1MoV為珠光體耐熱合金鋼，在恒溫、恒應力下有金屬蠕變變形，高溫下鋼的力學性能隨溫度及載荷持續時間而變化，高溫下鋼的組織結構常會發生轉變，耐熱鋼在長期超溫下會導致碳化物的聚集與長大、再結晶，固溶體及碳化物中的金屬元素重新分布。這些內部組織的變化導致爐管高溫力學性能下降、蠕變速度加快、失效加快，往往造成管子蠕脹及爆破。溫度越高，蠕變變形越快。

圖2為典型蠕變曲線，Ⅰ階段為蠕變初始階段，蠕變速度隨時間的增加而逐漸減少；Ⅱ階段是蠕變的穩定階段，蠕變速度基本不變；Ⅲ階段蠕變加速進行，直到失效為止。

不同材料在不同條件下得到的蠕變曲線不同，同一種材料的蠕變曲線也隨著應力和溫度的不同而異，但蠕變的三個階段的特點仍然保持，而各個階段的持續時間則有了很大的改變。當減小應力或降低溫度時，蠕變的第Ⅱ階段增長，甚至第三階段不可能發生；當增加應力或升高溫度時，蠕變的第Ⅱ階段隨之縮短，甚至幾乎沒有，只有第Ⅰ階段和第Ⅲ階段，材料將在很短時間內失效。

蠕變可以在單一應力，也可以在復合應力下產生，工藝參數的波動，導致爐管在生產過程中承受的是復合應力，蠕變加疲勞，蠕變拉伸加扭轉等等的復合蠕變。進而生產過程中，鍋爐運行期間各個參數合理、穩定是保證鍋爐良好運行的先決條件。

3 結束語

針對國內外干熄焦鍋爐爆管的主要原因：焦粉的沖刷磨損；運行工況的不穩定；水質不良，溶解氧超標等；可知，加強整套干熄焦裝置的運行管理，規范操作，保證其良性穩定運轉，是降低干熄焦鍋爐爆管，確保其安全、穩定、經濟運行的關鍵。

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