探討鍋爐水冷壁爆管的成因及改進(jìn)措施

周亮

摘 要：根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我市某電廠鍋爐水冷壁爆管的成因進(jìn)行相應(yīng)的分析，并且提出熱電廠鍋爐水冷壁爆管的改進(jìn)措施。供行業(yè)人士參考借鑒。

關(guān)鍵詞：鍋爐 水冷壁 爆管 水質(zhì)

一、前言

鍋爐水冷壁爆管泄漏是鍋爐運(yùn)行中經(jīng)常遇到的一個(gè)影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的問題，我市X熱電廠鍋爐94年10月制造，97年3月投入使用，2010年2月4日下午16：00時(shí)1#鍋爐發(fā)生鍋爐水冷壁爆管泄漏事故，爆管時(shí)壓力9.6MPa，額定蒸發(fā)量200t/h左右。爐管材料為20G ；管子規(guī)格：Φ57mm×5mm；Φ60mm×5mm。爆管部位鍋爐右側(cè)墻水冷壁中間聯(lián)箱下部標(biāo)高45米處從前向后數(shù)第310根水冷壁管，爆管并吹損同標(biāo)高第308、311、312、313、314根水冷壁管子。310水冷壁管更換長(zhǎng)度6米，309更換長(zhǎng)度5米，其余更換長(zhǎng)度0.5米。

二、原因分析

造成水冷壁爆管的原因較多，有過熱爆管、內(nèi)壁腐蝕爆管、熱應(yīng)力破壞、外壁沖刷減薄及管外高溫硫腐蝕等等。從這次 1#鍋爐水冷壁爆管宏觀形貌來看，水冷壁管爆口位于向火面，向火面管材內(nèi)壁有一層較厚的氧化腐蝕垢層，其中有的部位氧化腐蝕垢層已部分開裂、脫落，爆口邊緣未見明顯減薄，呈脆性爆口形態(tài)，俗稱開天窗式爆口，且爆口附近內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)重，為氫脆爆口特征。

三、氫脆腐蝕機(jī)理

鍋爐爐水中的雜質(zhì)沉積在汽包和水冷壁下聯(lián)箱底部流速緩慢處，或粘附在水冷壁管斜坡管和下部管內(nèi)壁上形成水垢。水冷壁管一旦結(jié)垢，進(jìn)入爐水中的酸性物質(zhì)便沉積在垢下，產(chǎn)生垢下腐蝕，垢下腐蝕的實(shí)質(zhì)就是介質(zhì)濃縮腐蝕。而當(dāng)凝汽器泄漏，爐水中進(jìn)入大量氯離子時(shí)（一般循環(huán)水中氯離子含量較大），便會(huì)在局部濃縮產(chǎn)生酸，酸腐蝕所產(chǎn)生的氫有一部分?jǐn)U散到鋼中，與鋼中的碳結(jié)合形成甲烷，酸腐蝕往往能引起爐管的金相組織發(fā)生變化，出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象，生成細(xì)小的晶界裂紋，嚴(yán)重時(shí)管壁未減薄就發(fā)生爆裂。

1.可以看出，水冷壁腐蝕爆管的主要原因是水冷壁管內(nèi)壁結(jié)垢，而造成這次熱電廠1#鍋爐水冷壁管壁結(jié)垢的原因有以下幾點(diǎn)：

1.1鍋爐給水溶解氧超標(biāo)造成的氧腐蝕，腐蝕產(chǎn)物在水冷壁中沉積結(jié)垢，這是造成鍋爐水冷壁結(jié)垢和腐蝕的主要原因。熱電廠鍋爐給水溶解氧含量控制指標(biāo)為不超過于 7μg/L。但長(zhǎng)期以來，鍋爐給水溶解氧含量一直超標(biāo)，根據(jù)該廠水質(zhì)季度報(bào)表，統(tǒng)計(jì)出溶解氧含量結(jié)果（如表1）。

表1 熱電廠鍋爐給水溶解氧含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果（單位：μg/L）

由于鍋爐給水溶解氧含量超標(biāo)，在高加以及鍋爐省煤器和水冷壁管中發(fā)生氧腐蝕，腐蝕產(chǎn)物在水冷壁中沉積結(jié)垢，最終導(dǎo)致水冷壁爆管。而造成溶解氧含量超標(biāo)的原因主要有以下幾點(diǎn)：

1.1.1脫氧器進(jìn)水溫度低，蒸汽加熱能力不足，造成高、低脫氧器工作溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)值。

1.1.2高壓脫氧器自動(dòng)和遠(yuǎn)方控制調(diào)節(jié)裝置故障，導(dǎo)致各臺(tái)脫氧器的運(yùn)行工況不穩(wěn)定。

1.1.3高壓脫氧器的脫氧頭陳舊落后，除氧效果不佳。

1.2凝汽器泄漏造成循環(huán)水中的鈣、鎂等鹽分進(jìn)入鍋爐給水中，導(dǎo)致給水硬度超標(biāo)，鹽分在水冷壁管中沉積結(jié)垢造成腐蝕。

熱電廠鍋爐給水硬度控制指標(biāo)為不超過1.0μmol/ L，而根據(jù)鍋爐水質(zhì)季度報(bào)表中給水硬度統(tǒng)計(jì)結(jié)果 （如表 2），給水硬度也有超標(biāo)現(xiàn)象，合格率為98.69%。

鍋爐給水硬度超標(biāo)的原因主要是凝汽器泄漏。凝汽器管泄漏后，循環(huán)冷卻水漏入到凝結(jié)水中，循環(huán)水中的鈣、鎂等鹽份進(jìn)入蒸汽凝結(jié)水中，隨凝結(jié)水進(jìn)入鍋爐給水，在水冷壁與腐蝕產(chǎn)物一起沉積在水冷壁管傳熱面上，影響傳熱效果，導(dǎo)致局部過熱或垢下腐蝕，且循環(huán)水中的氯離子進(jìn)入爐水后，會(huì)在垢下濃縮形成酸，進(jìn)一步加劇腐蝕。

表 2 熱電廠鍋爐給水硬度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

1.3鍋爐爐水取樣和分析方式落后，無法做到連續(xù)分析及自動(dòng)調(diào)整加藥量和排污量。

鍋爐爐水取樣分析和加藥控制均采用人工定期分析和手動(dòng)間斷加藥，無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爐水的水質(zhì)情況，并根據(jù)分析結(jié)果自動(dòng)調(diào)整加藥量和排污量，造成進(jìn)入爐水中的雜質(zhì)和鹽分不能及時(shí)排出，導(dǎo)致腐蝕進(jìn)一步加重；且爐水中的雜質(zhì)還會(huì)造成鍋爐取樣設(shè)備堵塞，經(jīng)常發(fā)生無法取出水樣的現(xiàn)象，失去了對(duì)爐水的監(jiān)測(cè)，形成惡性循環(huán)。

1.4鍋爐的排污閥故障率高，影響鍋爐排污的正常進(jìn)行。

鍋爐運(yùn)行中通過加入磷酸三鈉以保持爐水為堿性，在堿性爐水中，一定濃度的磷酸根將與鈣、鎂離子作用生成懸浮狀態(tài)和沉淀狀態(tài)的水渣，懸浮的水渣通過連續(xù)排污排出爐外，沉淀的水渣通過定期排污排出爐外。由于排污閥一直工作在高溫、高壓環(huán)境下，且經(jīng)常承受小流量、大壓差的汽水沖刷，極易造成閥門泄漏。閥門內(nèi)漏會(huì)造成汽水損失增加；閥門外漏會(huì)對(duì)操作人員的人身安全造成一定隱患，上述原因也導(dǎo)致該廠鍋爐排污制度執(zhí)行的不好，造成爐水含鹽量超標(biāo)，不僅影響蒸汽品質(zhì)，還造成爐水中水渣沉積結(jié)垢。

對(duì)策及建議發(fā)生水冷壁爆管后，熱電廠委托專業(yè)部門對(duì) 1#爐水冷壁腐蝕情況進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)腐蝕嚴(yán)重的水冷壁管進(jìn)行了更換；同時(shí)根據(jù)水冷壁管內(nèi)部結(jié)垢的情況，對(duì)水冷壁管進(jìn)行了酸洗。目前鍋爐運(yùn)行情況已明顯好轉(zhuǎn)，運(yùn)行至今沒有再發(fā)生水冷壁爆管的情況。

2.同時(shí)對(duì)下一步熱電廠的水質(zhì)和化學(xué)監(jiān)督管理提出以下建議：

2.1采取措施提高脫氧器的除氧效果，實(shí)現(xiàn)鍋爐給水溶解氧達(dá)標(biāo)。

2.1.1通過更新改造，恢復(fù)除鹽水加熱器，提高低壓脫氧器進(jìn)口水溫，保證低壓脫氧器的工作溫度和工作壓力，提高除氧效果。

2.1.2對(duì)脫氧器蒸汽加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行校核，確定蒸汽加熱系統(tǒng)是否滿足現(xiàn)有工藝要求，否則有必要對(duì)加熱系統(tǒng)進(jìn)行改造，以達(dá)到增加進(jìn)汽量的目的。同時(shí)對(duì)現(xiàn)有的高低壓脫氧器自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行DCS 改造，實(shí)現(xiàn)進(jìn)汽量和補(bǔ)水量自動(dòng)控制。

2.1.3委托專業(yè)部門對(duì)脫氧頭內(nèi)部的配水管、霧化噴嘴、填料層等進(jìn)行徹底檢修，更換損壞部件，將 1#～6#號(hào)脫氧器的噴霧式脫氧頭進(jìn)行更新改造。

2.1.4加裝脫氧器溶解氧在線監(jiān)測(cè)儀表，便于有針對(duì)性的及時(shí)調(diào)整。

2.1.5在熱力除氧的基礎(chǔ)上，進(jìn)行化學(xué)輔助除氧。

2.2徹底治理凝汽器泄漏，避免給水硬度超標(biāo)。對(duì)經(jīng)常發(fā)生泄漏的凝汽器進(jìn)行更新改造，在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)給水硬度超標(biāo)時(shí)，要及時(shí)組織查漏堵漏，并按照 GB/T12145- 1999標(biāo)準(zhǔn)中“水汽質(zhì)量劣化時(shí)的三級(jí)處理值”進(jìn)行處理。

2.3增設(shè)爐水自動(dòng)取樣分析和自動(dòng)連續(xù)加藥裝置，實(shí)現(xiàn)加藥量自動(dòng)調(diào)整。

2.4將鍋爐定排閥門更換為電動(dòng)門，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方操作，既可以減輕操作人員的工作強(qiáng)度，又能保證操作人員人身安全。

四、結(jié)束語

1.水冷壁管向火面結(jié)垢嚴(yán)重造成垢下腐蝕，也造成了氫腐蝕產(chǎn)

生的條件。

2.水冷壁管內(nèi)壁某些部位由于氫腐蝕而產(chǎn)生了較多的微裂紋。

3.水冷壁管爆管泄漏失效的原因是由垢下腐蝕減薄和氫腐蝕共同作用造成的。