淺析電站鍋爐過熱器管失效的原因

鄭偉

摘 要 本文通過對大型火力發電廠的過熱器失效問題進行深入研究，系統地分析了過熱器管道失效的原因。電站鍋爐過熱器管道爆管是各種因素綜合作用的結果，研究過熱器管道失效的原因已經成為提高火力發電廠經濟效益的關鍵性方向之一。

關鍵詞 爆管；過熱器；電站鍋爐

中圖分類號 TK2 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）16-0067-02

1 概述

鍋爐作為熱交換設備的一種，本身具有泄漏、爆炸的危險，會造成重大安全事故。各國現有的制度表明，很多發達國家都有較為完善的法規體系進行管理和規范。作為鍋爐檢驗檢測重要技術支撐的鍋爐壓力容器安全檢測部門，在過熱器管道失效機理的研究上應有一個更深入的探究。加強電站鍋爐過熱器爆管機理的研究，是鍋檢部門提升服務能力和技術把關的有效措施，對大型電站鍋爐的安全規范運行有著深遠的影響，具有重大的意義。

2 過熱器管道失效的原因分析

現有的研究成果表面，電站鍋爐過熱器管道失效的原因有很多。除管道長期過熱外，受熱面管也會因為高溫腐蝕、高溫氧化、焊接質量差和介質磨損等因素而失效。研究表明：在燃料中如果含有較多S及堿金屬R（K、Na）時，壁溫高于600℃的情況下，高溫腐蝕的問題就會相當突出，腐蝕一般都是在有結灰或者結渣的管道壁面上發生的。

2.1 設計的缺陷

鍋爐設計上的缺陷是過熱器管道失效的根源，總會有一些管道在實際工作中壁溫接近管子材料的允許工作溫度，很容易造成管路過熱。

1）熱力計算結果不準確。熱力計算不準確，其原因在于如何較合理的從理論計算上，能夠確定爐膛的出口煙氣溫度。而且在確定過熱器管道的傳熱系數方面也缺乏很多經驗，致使管道的布置不夠合理，從而造成了蒸汽溫度較高或者受熱管道超溫。

2）設計時選用系數不合理。例如，某電廠采用的“W”型鍋爐，就是因為采用了不恰當的傳熱系數，致使爐膛的實際出口煙氣溫度比設計溫度高將近100℃。

3）爐膛設計尺寸不當。我國早期的一些大容量的電站鍋爐，不僅在設計上缺乏選擇爐膛尺寸的依據，而且在計算方法上也存在較多問題，因此設計的爐膛無法適應多種煤種。假如爐膛設計出的高度比較高，會使蒸汽溫度降低。反之，爐膛所采用的高度較低則會引起過熱器的溫度偏高。

4）電站鍋爐過熱器系統的結構設計不恰當根據大量的研究發現，過熱器的系統結構設計不合理是導致管路超溫失效或者蒸汽溫度與設計值不符的主要原因之一。其不合理性主要有以下3個方面。（1）在實際工作過程中，蒸汽壓力變化較大造成流量差異較大，是因為受熱管進出口集箱引入、引出時布置方式不合理。（2）因為并聯的各受熱管的管長、彎頭數之間存在差值，所以各管道之間的阻力系數存在較大的差值，從而會造成較大的熱偏差、流量偏差等。（3）相鄰級的過熱器之間未進行左右相互交叉，或者采用直接相連的方式，這樣就會使不同級之間的熱偏差疊加起來。在火力發電廠實際工作的過程中，上述過熱器結構布置的不恰當一般是集中情況同時存在，因此又大大增加了管路之間爆管發生的可能性。

5）材質選用不合理。在對過熱器受熱管道進行溫度計算時，應使管道在最極端工況處的工作溫度不會超過所使用材料的許用溫度。但是在設計、計算的過程中，由于對以上幾種偏差對管道的影響不能合理的考量，從而導致了計算所采用的溫度比實際工作溫度低，這樣就會出現管道所用材質無法滿足鍋爐運行的需求的狀況。

2.2 制造、安裝和檢修因素

制造、安裝、檢修中引起過熱器管道爆管的因素主要是指，管內出現異物致使管道堵塞，或者流體流動不順暢的情況導致受熱管部分管段過熱。而檢修不當也會造成管道內異物堵塞的情況。比如在換管的過程中，割管工藝的不合理則是會造成堵塞物掉入直線管段，或者管座的焊接物掉落的情況，致使部分管段少流量或無流量。從實際工作中的情況來看，由于鍋爐制造廠的工藝不合理、安裝不合格或者檢修的質量不達標等原因造成的管道超溫爆管的事故也有很多，主要問題有以下幾個方面。

1）焊接質量差。如某火力發電廠在用的一臺鍋爐，對爆管的部分進行換管和補焊處理，管子的接口處發生位移，致使管子在焊接完成后仍存在有較大的應力，從而降低了管道的強度，長期使用后又導致泄漏。

2）聯箱中間隔板的焊接問題。在安裝聯箱中間隔板時，沒有按照要求進行焊接，致使其中的的蒸汽短路，從而導致部分管段冷卻不良產生爆管。

3）異種鋼管的焊接問題。在鍋爐過熱器受熱管中，管卡和夾板一般會采用奧氏體鋼，也有管道使用奧氏體管從而提高安全系數。而在珠光體鋼與奧氏體鋼進行焊接時發生的受熱面管道撕裂的事故，則是由于二者的膨脹系數存在較大的差值。

4）普通焊口質量問題。過熱器系統管內流體在運行中的溫度和壓力都很高，此時就要求接口要有較高的焊接質量。但鍋爐在實際的運行中，由于制造、安裝和檢修中的焊接借口的質量不達標而引起的管道爆漏事故有很多，造成的后果也很嚴重。

5）異物堵塞管路。電站鍋爐在長時間的工作中會產生大量的銹蝕，但因為管徑較小，很難徹底處理，致使管道內的銹蝕物脫落在管道底部的水平段，造成管壁過熱而爆管。

2.3 運行調整不當引起爆管

電站鍋爐運行中引起超溫的因素有很多，主要有：1）燃燒介質偏離設計介質，會造成著火點延遲，從而使爐膛的出口溫度超過設計值；2）燃燒器的傾角調整不好，致使火焰延伸至排管與過熱器處，在點火升壓的過程中，過熱器管道的蒸汽流量較少從而引起過熱；3）化學監督不嚴致使蒸汽品質下降，造成過熱器管內積垢從而引起超溫；4）減溫水系統故障從而引起蒸汽溫度增高；5）高加長期使用率低造成給水溫度偏低，從而使蒸汽的溫度偏高。

3 結論

研究過熱器管道失效的原因是一項復雜的工程，應該從運行工況、技術改進等方面進行全面考慮。過熱器管道失效的原因有很多，要想防止電站鍋爐過熱器管道爆漏，必須從根源做起，做好制造、運行、檢修全過程的監督，嚴格執行管道防爆管理制度，提高設備可靠性，從而最大限度地降低過熱器管道爆漏事故的發生的可能性。

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