2#鍋爐低溫過熱器爆管故障分析及對策

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(1.連云港堿業有限公司，江蘇 連云港 222042；2.大連市鍋爐壓力容器檢驗研究院，遼寧 大連 116013)

2#鍋爐低溫過熱器爆管故障分析及對策

徐海兵1，錢宏利2

(1.連云港堿業有限公司，江蘇 連云港 222042；2.大連市鍋爐壓力容器檢驗研究院，遼寧 大連 116013)

主要針對連云港堿業有限公司2#鍋爐低溫過熱器在使用過程中出現的連續爆管事故進行了分析，結合設計、運行狀況等方面綜合探討，并提出了相應的解決措施，取得較好效果。

鍋爐；過熱器； 爆管；對策

連云港堿業有限公司熱電車間配備四臺鍋爐，其中1#～3#鍋爐為無錫鍋爐廠生產的UG-150/39-M型自然循環、固態排渣煤粉爐，額定負荷130 t/h，過熱蒸汽壓力3.82 MPa。該鍋爐為半露天布置，本體呈“Π”型，制粉系統采用熱風干燥，鋼球磨中間儲倉式，鍋爐采用熱風送粉。噴燃器四角布置，爐膛四周布置膜式水冷壁，在水平煙道內布置兩級垂直式對流過熱器，尾部煙道雙級交錯布置了管式省煤器和空氣預熱器。該設備1989年2月建成投用。隨著國家環保要求，其中的2#鍋爐在2016年6月份開始進行脫硝改造，采用低氮燃燒+SCR工藝，當年7月底改造結束投入運行，但從2016年9月初開始，一個月內連續發生三起低溫過熱器爆管事故，給安全穩定運行帶來嚴重影響，本文主要對此爆管事故展開分析，找出對策，并將消除故障過程進行綜述，以期對國內類似的鍋爐有所幫助。

1 爆管的故障經過

1.1 第一次爆管

2016年9月8日，2#鍋爐的低溫過熱器在運行過程中的迎火側左數第2根出現泄漏，與之相對應的水冷壁也同時出現泄漏。割管檢查水冷壁、過熱器內壁未發現明顯結垢，使用測厚儀檢測水冷壁壁厚最薄約為2.7 mm(水冷壁公稱壁厚為3 mm，經長時間運行磨損減薄)，低溫過熱器管壁壁厚正常，割管處未發現異物堵塞，周邊水冷壁與過熱器未出現脹粗和鼓包現象。依據現象初步判斷認為水冷壁爆管泄漏，沖蝕對面過熱器，導致過熱器也出現泄漏事故。在局部更換相應管道后投入運行。

1.2 第二次爆管

2016年9月11日2#鍋爐的低溫過熱器迎火側右數第9根在運行過程中出現了泄漏，同時第一次更換的迎火側左數第2根出現局部脹粗現象(由φ38 mm脹粗最大到φ41 mm)。其余146根低溫過熱器和高溫過熱器管束，使用游標卡尺確認外形尺寸均未出現明顯脹粗，這次在更換迎火側左數第2根脹粗的過熱器管過程中，發現管內存在白色結晶，經化驗分析存在磷酸鹽成分。過熱器第二次出現了問題且發現管內結晶，所以懷疑因過熱器存在結晶堵塞管束，導致局部過熱爆管。在檢查確認迎火側左數第2根脹粗管不通無法疏通處理，直接封堵。東側爆管第9根使用壓縮空氣確認通氣后，進行了局部換管恢復處理。先后檢查水冷壁下聯箱、汽包等部位，內部均無結垢和雜物。對2#鍋爐過熱器等爐管系統進行反沖洗，沖洗初期分析指標磷酸鹽為15 mg/L，沖洗約6 h后磷酸鹽分析含量為0，系統再沖洗約1 h，按規程點爐投用。

通過第二次爆管檢查分析，認為第一次爆管分析結論有偏差，不是水冷壁管先泄漏，而應該是過熱器系統出現局部堵塞，導致過熱器管過熱泄漏，漏點對面的水冷壁管后被沖刷損壞。

1.3 第三次爆管

2016年9月14日在凝渣管東側位置又出現較大異音，停爐檢查發現仍為第二次泄漏局部換管的第9根爆管，同時把旁邊的過熱器管吹薄，對應的水冷壁變形。在割開第9根檢查發現管束不通，做出封堵處理。其他相應損壞管束進行局部更換，并再次進行爐管反沖洗。初期化驗沖洗水指標磷酸根為1 mg/L、鈉離子為10 mg/L，在沖洗2 h后新增分析指標硅酸根為160 μg/L。連續沖洗約6 h后指標均為0后，遂點火投用。

2 原因分析

2.1 爆口特征分析

從爆口外觀看，基本可排除磨損、腐蝕疲勞、熱疲勞等金屬失效，主要仍是高溫過熱導致金屬失效。

2.1.1 迎火側左數第2根爆口(圖1)

符合長期超溫爆口特性：長期過熱爆管的破口形貌，具有蠕變斷裂的一般特性。管子破口呈脆性斷口特征，爆口粗糙，邊緣為不平整的鈍邊，爆口處管壁厚度減薄不多。管壁發生蠕脹，管徑脹粗情況與管子材料有關，碳鋼管徑脹粗較大。

圖1 迎火側左數第2根爆口

失效原因符合沉積物堵塞管子或者管子內部結垢，或者是兩者疊加引起換熱效果差，長期超溫的特性。

2.1.2 迎火側右數第9根第一次爆口(圖2)、第二次爆口(圖3)

符合未完全堵塞，爆口呈喇叭狀，但是未呈現管壁減薄，且爆口粗糙不鋒利，符合長時間超溫情況下，在水沖洗后因流速不足未完全通暢，加熱后結晶重新完全堵塞，短期超溫的爆口特征。

圖2 迎火側右數第9根第一次爆口

圖3 迎火側右數第9根第二次爆口

2.2 引起爆管可能的因素

2.2.1 設計因素

設計過程中因計算、結構布置、選材等方面存在偏差，影響正常使用。因1#、2#、3#鍋爐爐型相同，設計參數按相同數值給定，而且低溫過熱器、高溫過熱器、水冷壁本次未進行改造和更換。此外1#鍋爐改造后比2#鍋爐多運行一個月，未發現異常，可排除鍋爐本體設計因素。

2.2.2 制造、安裝及檢修質量因素

主要體現在焊接質量差、彎頭橢圓度和管壁減薄、管材質量問題等方面。本次出現泄漏的部位均在低溫過熱器迎風面，且破口位置均非在焊接部位，此次停爐改造施工也未涉及到該部位，可以排除以上原因。

2.2.3 運行狀況因素

鍋爐運行狀況對使用可靠性影響很大，主要體現在蒸汽品質不良、受熱面積灰、爐內燃燒工況不良、管壁磨損與腐蝕、管材劣化、煤質偏差大等方面。

從幾次事故檢查看，過熱器管壁未發現明顯磨損與腐蝕情況，受熱面無明顯積灰。橫向與1#鍋爐比較，縱向與改造前比較，煤質沒有明顯波動，該因素可排除。

低溫過熱器更換時間為2003年，運行至今13年，材質為15CrMo，是否存在劣化現象需重點檢查和檢驗。一是現場外觀檢查管徑、外形，均無異常。二是從幾根損壞管段離爆口200 mm處，分別截取200 mm長管段，送專業機構進行光譜分析和金相檢測，均無異常，沒有出現材質劣化現象。

2.3 實際運行狀況變化的分析

此次低氮燃燒器改造后，2#鍋爐燃燒狀況變化明顯。鍋爐爐膛運行溫度一直偏高，基本維持在980 ℃，最高時可達1040 ℃。同比改造前平均上升約140 ℃，橫向與1#鍋爐、3#鍋爐相比平均上升約130 ℃。進入SCR反應器煙溫基本維持在高限運行，同比1#鍋爐SCR進口溫度高出約40 ℃。因此火焰中心上升較多，造成低溫過熱器輻射區溫度偏高。

受鍋爐特點影響，鍋爐蒸汽品質存在機械攜帶和蒸汽溶解攜帶等因素，在長期運行過程中，因管徑小，無法徹底清除，會在管內逐步累積。隨著鍋爐運行周期越來越長，必然引起過熱器部分管段，特別是彎頭最低處和向火側結垢，導致過熱器管換熱不良，出現局部過熱現象。

因第一次爆口未發現異物和結晶，但在第二次鍋爐爆管迎火側左數第2根過熱器(只是脹粗，并未爆管)取出異物分析成分中含有磷酸鹽，因此9月13日、9月15日、16日分別對2#、3#、2#鍋爐進行水沖洗化驗結果對比看，過熱器存在磷酸鹽、硅酸鹽、鈉鹽的結晶，這符合我廠鍋爐精鹽水工藝制備、爐內加藥防垢和鍋爐長期運行的特點，長時間富集在過熱器管內壁而成。

2.4 分析結論

2.4.1 直接原因

長期運行中這兩根爆管的過熱器管內存在因結垢導致超溫運行現象，當燃燒中心上移煙氣溫度升高時，兩者互相疊加，過熱器管壁溫達到失效爆管極限，是造成第2根第9根第一次爆管的直接原因。

此外，第二次爆管泄漏后，對后續處理存在不足，導致第三次故障發生。

2.4.2 失效的誘因

低氮燃燒器改造，導致燃燒區上移，鍋爐爐膛溫度升高，是造成過熱器失效的誘因。

3 采取措施

針對目前過熱器爆管的原因，制定相應措施，防止故障再次發生。

3.1 嚴格控制爐膛溫度

優化調整低氮燃燒器工況和風量配比，緩解火焰偏斜和燃燒中心上移導致超溫的狀況，控制爐膛溫度小于950 ℃運行，降低低溫過熱器輻射區高溫影響。

3.2 加強鍋爐水質管理和鍋爐定期工作管理

加強自動加藥裝置運行管理，合理控制磷酸鹽的添加量，做好定期排污工作，確保鍋爐爐水品質合格。

3.3 鍋爐定期反沖洗

計劃運行半年時間對鍋爐進行一次反沖洗，除去鍋爐管束中的沉積物，保證鍋爐換熱器通暢，防止過熱失效。

4 效 果

采取上述措施后，2#鍋爐系統運行正常，至今未出現異常。

[1] 潘鴻恩，孫錫吾.純堿生產設備檢修與防腐[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，1991

[2] 王楚.純堿生產工藝與設備計算[M].北京：化學工業出版社，1995

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1005-8370(2017)06-36-03

2017-05-04

徐海兵(1977—)，連云港堿業有限公司熱電車間設備主任。

《純堿工業》2018年征訂啟事

《純堿工業》是經國家新聞出版署批準出版的科技刊物，為國內外公開發行。本刊的報道范圍包括純堿工業的生產、科研、設計、管理及純堿、氯化銨、小蘇打等上下游產品；與制堿有關的各專業領域；新產品、新技術等諸方面的內容。可供化工行業特別是純堿及相關專業的科技人員、管理人員、技術工人及大中專院校師生參閱。

《純堿工業》創刊于1963年，雙月刊，每期48頁。

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