電廠鍋爐水冷壁爆管原因分析

摘要：在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，鍋爐是一種非常重要的設(shè)備。鍋爐在使用中有許多不穩(wěn)定因素，若不加以排除，將會(huì)造成鍋爐安全事故。在所有的鍋爐安全事故中，除了鍋爐發(fā)生爆炸以外，最嚴(yán)重的是鍋爐爆管。在生產(chǎn)實(shí)踐中，鍋爐爆管是一種經(jīng)常發(fā)生的事故，如果處理不好，造成嚴(yán)重的后果。若爆管破裂口過(guò)大，會(huì)對(duì)鄰近的水冷壁管產(chǎn)生損傷，導(dǎo)致鄰近的管壁噴出穿孔，造成設(shè)備和爐墻的崩塌，造成巨大的財(cái)產(chǎn)和生命財(cái)產(chǎn)的損失，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致鍋爐短期內(nèi)出現(xiàn)大量的水短缺，從而導(dǎo)致事故的進(jìn)一步發(fā)展，因此必須查明爆管的成因，并采取相應(yīng)的防范措施。

關(guān)鍵詞：工業(yè)生產(chǎn);鍋爐;安全事故;保管破裂;防范措施

1. 鍋爐常見(jiàn)的爆管原因

1.1 安裝制造缺陷

由于水冷壁管件在制作過(guò)程中出現(xiàn)了砂孔等缺陷而引起的質(zhì)量問(wèn)題。由于焊接質(zhì)量問(wèn)題，屏間應(yīng)力不均勻引起的翅片破裂并蔓延到管壁而引起的泄漏或爆管，以及由于鍋爐結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的水循環(huán)破壞等。

1.2 材質(zhì)劣化

超溫超壓運(yùn)行導(dǎo)致了管道內(nèi)的溫度過(guò)高，管道在長(zhǎng)時(shí)間的高溫和壓力作用下，不僅會(huì)產(chǎn)生蠕變、斷裂、應(yīng)力松弛等變形，同時(shí)也會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)和性能的改變。例如球化、石墨化、合金再分布等。超溫會(huì)降低鋼的耐熱強(qiáng)度和蠕變極限，嚴(yán)重地降低了鋼的高溫力學(xué)性能，加速了其在高溫下的蠕變。結(jié)果表明：在550℃下，20 G的水冷壁管材的蠕變破裂時(shí)間在750小時(shí)左右，600℃的高溫下，其蠕變破裂的時(shí)間非常短暫。在650～850℃下，材料的蠕變破裂時(shí)間很短（3～15分鐘），石墨化會(huì)使其力學(xué)性能下降。在結(jié)構(gòu)上，石墨可能被視為孔隙或裂紋，導(dǎo)致強(qiáng)度極限和韌性大幅降低，導(dǎo)致脆性增大。隨著時(shí)間的推移，隨著溫度的升高，鋼的固溶體中的合金成分也會(huì)逐步地向碳化物中擴(kuò)散，從而使其在高溫下的力學(xué)性能下降。

1.3 運(yùn)行管理不當(dāng)

由于司爐人員操作不當(dāng)，導(dǎo)致鍋爐加熱或冷卻速度過(guò)快，導(dǎo)致?tīng)t管受熱或冷卻不均，導(dǎo)致承壓構(gòu)件出現(xiàn)疲勞失效。鍋爐供水質(zhì)量長(zhǎng)期超標(biāo)，水質(zhì)達(dá)不到要求，無(wú)水處理，或?qū)┧㈠佀|(zhì)量未嚴(yán)格監(jiān)控，導(dǎo)致管道內(nèi)結(jié)垢，甚至產(chǎn)生堵塞，或產(chǎn)生垢下腐蝕，導(dǎo)致局部熱阻增加，導(dǎo)致管壁溫度升高，從而導(dǎo)致管道強(qiáng)度下降。鍋爐帶病運(yùn)轉(zhuǎn)，明知有危險(xiǎn)或安全防護(hù)聯(lián)鎖失效，仍不能及時(shí)處置，仍要繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，而這一狀況所造成的影響更為嚴(yán)重。

1.4超溫

通常情況下，水冷壁管壁的溫度不會(huì)太高，在大部分情況下都很安全，但如果沒(méi)有正確地調(diào)節(jié)燃燒或者鍋水質(zhì)量差，就有可能出現(xiàn)過(guò)溫爆管。如果在靠近水冷壁的地方進(jìn)行燃燒，則這一地區(qū)的熱負(fù)荷較大，容易造成水冷壁結(jié)渣。由于區(qū)域內(nèi)的水冷壁蒸發(fā)中心較多，會(huì)在壁面上形成一層連續(xù)的氣膜，從而導(dǎo)致膜狀沸騰。在發(fā)生一種換熱劣化的情況下，管內(nèi)溫度急劇上升，可引起超溫爆管。

2.檢驗(yàn)檢測(cè)

2.1 運(yùn)行情況檢查

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)向值班司爐人員詢問(wèn)，并查看了事故發(fā)生前鍋爐的操作記錄，發(fā)現(xiàn)鍋爐在事發(fā)當(dāng)日正常工作，鍋爐給水、蒸汽壓力、蒸汽溫度、汽水品質(zhì)、爐溫、燃料供應(yīng)等指標(biāo)均屬正常，沒(méi)有出現(xiàn)超溫、超壓現(xiàn)象。該機(jī)組的控制系統(tǒng)比較陳舊，給水調(diào)節(jié)，燃料供給，鼓風(fēng)引風(fēng)等都是手工調(diào)節(jié)。通過(guò)外部檢查，發(fā)現(xiàn)鍋爐的高低水位、超溫、超壓報(bào)警和聯(lián)動(dòng)報(bào)警功能都不起作用。

2.2 宏觀檢查

從宏觀上看，水冷壁管爆管位置是從鍋爐右邊到前面6號(hào)管道，與后墻相隔1.0米，爆破標(biāo)高6.0 m，爆破口在直段朝火一側(cè)，爆破長(zhǎng)度為200 mm，最大開(kāi)口寬度為125 mm，且有較大的彎曲變形。鍋爐左右兩側(cè)的水冷壁管發(fā)生了局部的彎曲，最大變形為500 mm，其前、后兩段管道的變形都超出了正常的標(biāo)準(zhǔn)。鍋爐省煤器二段4#管斷裂，泄漏，由前后向下。

2.3 水冷壁管厚度檢測(cè)

利用MMX-6超聲波測(cè)厚儀對(duì)20#鋼制的水冷壁鋼管進(jìn)行了厚度測(cè)量。在測(cè)點(diǎn)標(biāo)高5.8米的情況下，右水冷壁管道的最小厚度為2.4 mm。對(duì)21個(gè)左水冷壁管道進(jìn)行了測(cè)點(diǎn)標(biāo)高6.0 m和最小2.5 mm的測(cè)量。共12個(gè)探頭，測(cè)點(diǎn)標(biāo)高6.6米，最小厚度2.8毫米，后水冷壁管22個(gè)，測(cè)點(diǎn)標(biāo)高6.0 m，最小值2.6 mm。

2.4 硬度檢測(cè)

利用HT-2000A便攜式里氏硬度儀測(cè)量了部分水冷壁管的硬度，發(fā)現(xiàn)在被測(cè)點(diǎn)的左面和右面的水冷壁管的硬度值較小，而右6號(hào)的硬度值則有較大的提高。硬度測(cè)試的部位標(biāo)高和厚度標(biāo)高一致，硬度測(cè)量的結(jié)果（三個(gè)平均值）。

3.結(jié)果分析

3.1 金相組織分析

20#鋼制鍋爐水冷壁鋼管的送貨條件為熱軋，其金相組織為鐵素體和珠光體。對(duì)爆管附近的管段進(jìn)行了金相分析和硬度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)爆口附近存在著非正常的金相結(jié)構(gòu)，并存在較大的貝氏體、索氏體，并具有較高的硬度。可以看出，在爆管過(guò)程中，由于爆炸部位的高溫，使其在AC1點(diǎn)以上，從而引起了爆炸部位和爆炸部位的金相組織的轉(zhuǎn)變。在常規(guī)工作條件下，水冷壁的外壁溫度比AC1低，其金相結(jié)構(gòu)是鐵素體和珠光體。

3.2爆管原因分析

鍋爐的高低水位報(bào)警和聯(lián)鎖保護(hù)裝置沒(méi)有安裝，省煤器管斷開(kāi)后給水不夠用，司爐工作人員沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)給水異常，造成鍋筒和水冷壁管無(wú)水，水冷壁管無(wú)水后引起壁管短時(shí)過(guò)熱，使其強(qiáng)度和蠕變極限迅速降低，在右6#水冷壁管壁厚較薄處出現(xiàn)爆管事故。在右6#水冷壁發(fā)生爆炸后，鍋爐內(nèi)部的壓力得到了釋放，在一定程度上可以控制爐溫，司爐員緊急停爐后，事故沒(méi)有進(jìn)一步擴(kuò)大。

4.處理及預(yù)防措施

解決辦法：將左右兩邊的水冷壁管件和前后變形超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的水冷壁管件進(jìn)行替換，并對(duì)上部鍋筒水冷壁管進(jìn)行修補(bǔ)，并安裝并投入使用了鍋爐高低水位聯(lián)鎖保護(hù)裝置和超壓聯(lián)鎖保護(hù)裝置。經(jīng)過(guò)處理后的使用效果：按照以上的工藝進(jìn)行檢修，經(jīng)過(guò)水壓測(cè)試，鍋爐仍能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，有效地保障了榨季的生產(chǎn)任務(wù)。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鍋爐水冷壁管爆口宏觀檢查、壁厚檢測(cè)、硬度檢測(cè)、金相組織檢測(cè)等綜合分析，認(rèn)為造成水冷壁爆管的直接原因是由于水缺乏引起的短期過(guò)熱，從而使管材的強(qiáng)度下降，并在管壁最薄處出現(xiàn)了爆管。安全不在于探測(cè)，而在于操作與維護(hù)，只有加強(qiáng)對(duì)安全的認(rèn)識(shí)，方可預(yù)防。

參考文獻(xiàn)

[1]張寶紅. 熱電站鍋爐水冷壁爆管原因分析[J]. 河南化工， 2010（12）：1.

作者簡(jiǎn)介：陳鳳斌，1992年生，漢族，大學(xué)本科學(xué)歷，主要研究方向：火電廠金屬監(jiān)督