低溫過熱器爆管分析

牛東峰

摘 要：某臺工業鍋爐的過熱器爆管，通過對爆管的破口形貌分析和金相分析，并結合鍋爐實際運行工況，找出過熱器爆管的原因，提出合理化建議。

關鍵詞：過熱器；爆管；分析

某化纖公司一臺型號為SHF45-1.25/300-W+爐渣的循環流化床鍋爐，該爐結構為M型，受熱面布置及煙氣流程：爐膛內有埋管和膜式壁，高溫煙氣經過漩渦分離器自下而上先后流經低溫過熱器、高溫過熱器、對流管，最后煙氣經過二級省煤器和空氣預熱器通過煙囪排向大氣，如圖1。

該爐于2010年01月投用，實際運行參數：鍋爐負荷30-38t/h，出口壓力1.20MPa，過熱蒸汽出口溫度300℃，主要用于工業生產。2011年3月進行首次鍋爐內部檢驗，發現鍋筒和對流管束內水垢0.5mm，向使用單位提出加強水處理設備運行管理工作和水質、蒸汽品質的化學監督管理工作的建議。2013年2月，鍋爐在運行過程中，低溫過熱器出現爆管事故，隨后緊急停爐申請檢驗。

檢驗中發現：低溫過熱器低端有2根管子直管段底部發生爆管開裂，同樣位置另有3個管子明顯鼓包脹粗，并發現管子內積有大量鹽垢。

見下圖2、圖3：

資料顯示：該爐低溫過熱器材質為20，規格Φ38× 3.5mm。

1 爆管分析

1.1 爆口形貌分析

爆裂管樣的宏觀形貌見圖1，從圖1可以看出，爆口呈典型唇狀，最大爆口開裂長度約120mm，并有一定的脹粗，爆口周圍氧化皮有縱向裂紋，向火側有較厚的氧化皮分層。

1.2 金相分析

取爆口附近管子部位制備金相試樣，將試樣拋光后用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，采用顯微鏡觀察試樣的顯微組織，由圖4-5可，發現向火側管樣金相組織珠光體已全部分散，球化級別大于5級，碳化物顆粒粗大，晶界有蠕變空洞；背火側管樣金相組織為鐵素體+珠光體+少量碳化物，珠光體開始分散，珠光體球化級別為2級。

從上述現象可以判斷出，低溫過熱器爆管是長期超溫引起的。

2 事故原因分析

①從取樣的過熱器管子內發現大量的鹽垢，鹽垢最厚處達1.0mm，由此可判斷：過熱器爆管的主要原因是因積鹽較厚惡化傳熱，管子長時間處于超溫狀態，最終導致管子鼓包、開裂；②對水處理設備和水汽質量檢查。該爐的設計水處理設備為鈉離子交換器，采用軟化水作為鍋爐給水，由于鍋爐存在過熱系統，對蒸汽品質要求較高，如長期使用軟水作為給水，即使鍋水的溶解固形物檢測值滿足于GB/T1576-2008《工業鍋爐水質》的要求，蒸汽品質也難以得到很好的控制，勢必會造成過熱器管內積鹽。此外，在檢查水質化驗記錄中發現：給水、鍋水和蒸汽品質檢測次數達不到標準要求，且檢測的項目不齊全，部分檢測數據不匹配，存在失真現象；③在對鍋爐上鍋筒檢驗發現，筒體內壁水垢厚1.0mm左右，汽水分界線波動較大，鍋爐經常處于高水位運行，又因該爐上鍋筒的汽水分離裝置采用汽水擋板，分離效果較差，致使飽和蒸汽的機械攜帶增大，使大量的鍋水輸送到低溫過熱器中，各種鹽垢在過熱器低端的管子底部不斷沉積，惡化了傳熱，是導致過熱器管中爆管一個重要因素；④鍋爐長時間低負荷運行，設計額定負荷45t/h，實際運行負荷在30t/h至38t/h，低負荷運行時，過熱器中的蒸汽流量不足，介質流速低，傳熱惡化，致使管壁換熱冷卻不足，引起長期慢性過熱疲勞，這是過熱器爆管的原因之一。

3 防范措施

①鍋爐設計采用軟化水作為給水，鍋水的溶解固形物和蒸汽的含鹽量得不到很好的控制，在長期運行中，蒸汽的機械攜帶勢必造成過熱器管內積鹽，為提高蒸汽品質，建議使用單位增加除鹽系統，采用除鹽水作為鍋爐的給水；②加強水處理的人員管理和水質和蒸汽品質的化學監督，鍋爐運行中，使用單位的水處理工作人員應根據相關標準要求，對鍋爐的原水、給水、鍋水的水質以及蒸汽品質定期進行分析，確保化驗分析的時間、項目、數據以及采取相應措施的真實性，并做好詳細記錄；③加強鍋爐運行管理，根據生產用熱需求調整負荷，控制水位，改善蒸汽品質；其次根據鍋水指標控制排污，確保給水、鍋水和飽和蒸汽品質符合相關標準要求；④增加過熱器反沖洗系統，鍋爐投用前，采用80-90℃的除鹽水對過熱器進行反沖洗，將管子內的積鹽溶解、沖掉，減少過熱器管內積鹽，防止過熱器爆管。

4 結束語

針對這次過熱器爆管的事故，從管樣爆口的宏觀形貌、幾何尺寸和微觀組織金相分析結果可見，爆管管子的主要原因是由于長期過熱所致；由管子內積鹽厚度和管子外表的氧化皮厚度推測，長期過熱主要有水處理設備與鍋爐的實際運行工況不能很好的匹配和水汽質量的化學監督工作管理不到位引起的。企業的鍋爐管理技術人員應認真分析和研究該起爆管事故，加強鍋爐運行負荷波動管理和水汽質量化學監督管理，避免類似事故發生。

參考文獻：

[1] GB/T 1546-2008.工業鍋爐水質[S].北京：中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2008.