電站鍋爐爆管事故原因分析與對策

謝鵬飛

【摘 要】電站鍋爐爆管事故時有發(fā)生，不僅影響了企業(yè)的經(jīng)濟效益，也給人員設備安全帶來了危險隱患。電站鍋爐爆管的根本原因有：過熱、腐蝕、磨損、焊接質量等等，其主要原因歸為超溫爆管、腐蝕爆管等。本文主要分析了電站鍋爐爆管事故原因分析與預防對策。以期為保障鍋爐安全運行，促進電路長足發(fā)展盡上綿薄之力。

【關鍵詞】電站；鍋爐爆管；原因分析；對策

鍋爐爆管事故是電廠大患，輕則漏水漏汽，降低效率，重則發(fā)生事故，造成重大經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，鍋爐爆管所引起非計劃停運時間約占整個非計劃停運時間的40%，少發(fā)電量約占機組全部事故少發(fā)電量的50%，是影響電廠安全發(fā)供電的主要因素。引發(fā)電站鍋爐爆管事故的原因多種多樣，錯綜復雜，因此，做好電站鍋爐爆管事故原因分析，針對性采取預防對策有著重大的現(xiàn)實意義。

1超溫爆管

在檢驗某鍋爐時，發(fā)現(xiàn)乙側過熱器管嚴重變形，脹粗量超標，且管子外表面有氧化鐵層。經(jīng)查閱鍋爐運行檢修記錄，該鍋爐在大修前已發(fā)生過爆管事故，再進一步對更換下來的爆管段檢查，發(fā)現(xiàn)其爆破口明顯脹粗，管壁減薄很多，爆破口呈尖銳的喇叭形，其邊緣很鋒利，具有韌性斷裂的特征，爆破口附近有氧化鐵層。該鍋爐乙側測溫裝置已損壞多時，一直未修復。鍋爐吹灰裝置自安裝好后，一直未投入運行。過熱器中間管排幾乎被積灰堵死，在鍋爐乙側形成明顯的煙氣走廊。

根據(jù)上述檢驗情況分析，該鍋爐過熱器變形、脹粗乃至爆管，顯然是一起短時超溫爆管事故，其原因分析如下：

（1）由于鍋爐吹灰裝置未投入，導致爐膛受熱面積灰、結焦較為嚴重。爐膛受熱面吸熱量減少，導致排煙溫度升高，致使過熱器管壁溫度提高。

（2）過熱器中間管排積灰嚴重，且在鍋爐乙側形成煙氣走廊，加速壁溫急劇攀升。

（3）鍋爐乙側測溫裝置損壞，使得乙側煙氣溫度無法控制。運行中僅靠甲側溫度顯示進行調(diào)節(jié)，難以保證乙側在正常工況下運行。從而導致乙側過熱器管子嚴重變形、脹粗、氧化，直至爆管。

（4）鍋爐頻繁啟停，且不能嚴格按照啟、停爐曲線進行操作。長時間低負荷運行，過熱蒸汽流量減少而使壁溫升高，也是導致爆管的原因之一。

要防止和減少鍋爐過熱器管不再發(fā)生超溫爆管事故，須采取以下對策：

（1）修復鍋爐乙側測溫裝置，并在過熱器的選定回路或元件上安裝測溫熱電偶，確保鍋爐運行中各受熱元件始終在操作人員的掌控之中。

（2）恢復鍋爐吹灰裝置，及時清除鍋爐積灰，嚴格控制爐膛熱負荷，在額定負荷時，燃煤鍋爐容積熱負荷不可超過相應的標準，并且盡可能取下限。

（3）設置超溫報警系統(tǒng)，確定最高溫度報警值。

（4）確定鍋爐合理的啟、停程序曲線，要求運行人員必須嚴格執(zhí)行。

（5）要選擇輻射和對流受熱面的適當部位，定期進行割管檢查，隨時掌握管內(nèi)結垢、腐蝕情況和金屬組織結構變化情況，以便對癥下藥。

2腐蝕爆管

在對某電廠鍋爐進行檢驗時發(fā)現(xiàn)該鍋爐水冷壁存在大面積腐蝕現(xiàn)象。經(jīng)查閱相關資料，得知該鍋爐曾因腐蝕造成管壁減薄引起過爆管停爐事故。本次發(fā)現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象主要集中在燃燒器標高層水冷壁的向火側區(qū)域。

具體腐蝕位置及特征：后墻和右墻水冷壁腐蝕嚴重，左墻腐蝕較少，而前墻幾乎沒有腐蝕。腐蝕區(qū)域呈現(xiàn)不規(guī)則的片狀，各腐蝕區(qū)域的分布無規(guī)律。但每個腐蝕區(qū)域內(nèi)，腐蝕有明顯的方向性，即一個腐蝕區(qū)域內(nèi)所有腐蝕均發(fā)生在管壁的一側。所有被腐蝕的管子外均有一層較厚的細灰。

從宏觀上看，細灰在管壁外側、管壁與鰭片過渡區(qū)都很圓滑、整齊，看不出有腐蝕現(xiàn)象。將管壁上的細灰清除干凈后，就會發(fā)現(xiàn)細灰下管壁已被嚴重腐蝕。管壁被腐蝕的一側就像被刀切一樣，在管壁上形成了一個平臺。經(jīng)現(xiàn)場詳細檢查，發(fā)現(xiàn)共有132根水冷壁管腐蝕。腐蝕部位管壁實測壁厚小于水冷壁管的理論計算壁厚。

典型的水冷壁高溫腐蝕現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因有以下幾點：

（1）火焰偏移在燃燒器區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)火焰沖墻的現(xiàn)象。一方面造成局部水冷壁壁溫升高，即爐膛右后墻水冷壁壁溫升高較大；另一方面煙氣中未燃盡的煤粉顆粒對水冷壁管壁的磨損將加速水冷壁管上保護膜的破壞，加快金屬管壁高溫腐蝕的過程。

（2）局部區(qū)域存在還原性氣體。由于著火延遲，未燃盡的煤粉在水冷壁附近進一步燃燒時，發(fā)生化學不完全燃燒反應，形成局部缺氧區(qū)，使爐膛壁面附近處于含有還原性氣體（CO、H2）和腐蝕性氣體（H2S）的煙氣成分之中，沒有完全燃燒的游離硫和硫化物與金屬管壁發(fā)生反應，引起管外壁腐蝕。

有資料表明，煙氣中CO濃度越大，高溫腐蝕就越嚴重；H2S的濃度大于0.01%時，就會對鋼材產(chǎn)生強烈的腐蝕作用；而當含氧量大于2%時，基本上不會發(fā)生高溫腐蝕。

（3）燃煤品質低。燃煤中硫含量越大，腐蝕性介質濃度越大，高硫煤產(chǎn)生的大量H2S、SO2、SO3、原子硫（S）不僅破壞管壁的Fe2O3保護膜，還侵蝕管子表面，致使金屬管壁不斷減薄。

（4）煤粉的顆粒過大。煤粉的顆粒越大，也就越不易燃盡，比較容易形成還原性氣氛，產(chǎn)生管外腐蝕。同時，顆粒越大，對壁面的磨損也越嚴重，破壞了水冷壁管外氧化保護膜，使煙氣中腐蝕介質直接與管壁金屬發(fā)生反應，使腐蝕加劇。

（5）過高的水冷壁管壁溫度。研究表明，H2S等腐蝕性介質的腐蝕性在300℃以上逐步增強，即溫度每升高50℃，腐蝕程度將增加一倍。對于本次檢驗的鍋爐，燃燒器區(qū)域的水冷壁管管壁溫度在380℃左右，正處于金屬發(fā)生強烈高溫腐蝕的溫度范圍之內(nèi)。同時，由于爐內(nèi)空氣動力場傾斜，爐右的煙溫要大于爐左煙溫，爐后煙溫大于爐前煙溫，使管子局部壁面溫度過高，易使具有腐蝕性的低熔點化合物黏附在金屬表面，促進了管壁高溫腐蝕的發(fā)生。因此爐右和爐后水冷壁高溫腐蝕情況要比爐左和爐前嚴重得多。

針對水冷壁高溫腐蝕產(chǎn)生原因，可采取以下預防措施：

（1）利用空氣動力場試驗的方法，調(diào)整燃燒器噴射角度，防止爐內(nèi)切圓偏移，避免煙氣對水冷壁的直接沖刷，防止局部管壁溫度過高。

（2）加強對燃料的控制，可通過燃燒前和燃燒中除硫的方法，降低燃料的含硫量；同時適當控制煤粉細度，盡可能均勻各燃燒器之間的煤粉濃度分布。

（3）加強對給水的控制，適當提高高溫腐蝕區(qū)域水冷壁管內(nèi)水流速度，降低管壁溫度，嚴格控制給水品質，避免因水冷壁管內(nèi)結垢而影響換熱，從而導致水冷壁管壁溫度增加。

（4）提高金屬抗腐蝕能力，可采用耐腐蝕高合金鋼，滲鋁管及在管外敷設碳化硅涂料等表面防護方式，降低腐蝕速度。

（5）加強燃燒調(diào)整、合理配風，以達到降低水冷壁附近還原性氣氛的目的。

（6）保持氧化性氣氛，保護爐膛貼壁為氧化性氣氛，可以在貼壁處加入一股空氣流，以沖淡SO2的濃度，使結積層中分解出來的SO2向外擴散。

參考文獻：

[1]內(nèi)蒙古某電廠#1鍋爐爆管事故分析[J].義，李迎春.電站系統(tǒng)工程.2018（05）

[2]金屬氧化引起鍋爐爆管事故原因分析及防范措施[J].萬文.電子制作.2012（12）

[3]電站鍋爐故障診斷技術的發(fā)展[J].姜磊，楊俊保.上海電力學院學報.2010（06）

[4]電站鍋爐受壓元件應力破壞的討論[J].馬樹潤.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟.2016（21）

[5]電站鍋爐安裝中對承壓部件的質量控制[J].王正凱.建材與裝飾.2016（42）

（作者單位：國電科學技術研究院有限公司太原分公司）