對(duì)鍋爐水冷壁爆管的原因與其解決研究

汪海濤

(麗水市特種設(shè)備檢測(cè)院,浙江麗水 323000)

對(duì)鍋爐水冷壁爆管的原因與其解決研究

汪海濤

(麗水市特種設(shè)備檢測(cè)院,浙江麗水 323000)

鍋爐水冷壁爆管將直接影響到鍋爐的正常運(yùn)行,也會(huì)對(duì)使用效果造成一定的影響。本文通過對(duì)鍋爐水冷壁的宏觀檢查、化學(xué)物理分析來對(duì)爆管原因進(jìn)行分析,確定根本原因。鍋爐水冷壁爆管的原因多為水循環(huán)故障、腐蝕與裂紋等。通過對(duì)根本原因的分析,制定出相關(guān)的避免水冷壁爆管的有效措施,提高使用效率。

爆管 水冷壁 鍋爐 水循環(huán) 壓力容器

1 引言

鍋爐水冷壁爆管是一個(gè)嚴(yán)重的問題,將會(huì)影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于鍋爐所處的環(huán)境較為復(fù)雜,在原因分析時(shí),面臨著眾多的困難,涉及到的部門較多。需要采取多種有效的手段對(duì)爆管原因進(jìn)行綜合分析。使用一般的快修模式很難根治問題,即使當(dāng)次修好后,下次在任何一個(gè)時(shí)間都有可能再次發(fā)生爆管事故,從而帶來不確定因素與安全隱患。

金屬管在超長(zhǎng)時(shí)間的允許運(yùn)行溫度環(huán)境下使用時(shí),由于蠕變操作影響,材料的缺口敏感性增加,在持續(xù)的高溫高壓強(qiáng)度下極易產(chǎn)生爆管。短時(shí)過熱主要是指由于冷卻條件惡化,部分管壁溫度在短時(shí)間內(nèi)突然上升,達(dá)到鋼管材料臨界點(diǎn)以上溫度。在此時(shí)鋼的抗拉強(qiáng)度會(huì)急劇下降,在介質(zhì)壓力作用下,溫度高的將會(huì)首先產(chǎn)生塑性變形,管徑漲粗、壁變薄,從而形成爆破,這一過程較為迅速,也稱加速蠕變損傷。

2 鍋爐水冷壁爆管的危害

首先對(duì)鍋爐的水冷壁管有一個(gè)初步的了解。這一般敷設(shè)在鍋爐的爐膛四周,由多根并聯(lián)管組成的水冷包殼。水冷壁是鍋爐的主要受熱部位,由多根鋼管組成,吸收膛中的高溫輻射熱量,內(nèi)部介質(zhì)受熱后做上升運(yùn)動(dòng),蒸發(fā)的氣體或流動(dòng)的水在管內(nèi)流動(dòng),外部則接受鍋爐的熱。水冷壁管開始的主要作用并非是為了受熱,而是為了使?fàn)t膛冷卻,避免受到高溫的破壞,只是取代了汽包,成為鍋爐運(yùn)行中的主要受熱部分。鍋爐中有50%左右的熱都由水冷壁吸收?，F(xiàn)代水管鍋爐以水冷壁當(dāng)成鍋爐主要的蒸發(fā)受熱面。水冷壁的工作條件較為復(fù)雜,要承受高溫高壓的工作條件,同時(shí)還要受到煙氣側(cè)的腐蝕與疲勞損傷,在使用過程中,極容易出現(xiàn)水冷壁管的泄漏問題。

3 鍋爐水冷壁爆管原因分析

鍋爐的水冷壁爆管原因有很多,一般在爆管發(fā)生時(shí),會(huì)先出現(xiàn)破裂處的蒸汽噴出的聲音,如果嚴(yán)重時(shí),將會(huì)瞬間出現(xiàn)爆破聲。在發(fā)生鍋爐水冷壁爆管時(shí),蒸汽與煙氣將會(huì)從門、孔等部位噴出。在鍋爐儀表上可以看出,水位、汽壓與煙氣的溫度將會(huì)明顯下降。給水流量與蒸汽流量都會(huì)下降。只有充分認(rèn)識(shí)到爆管時(shí)的現(xiàn)象,才能進(jìn)一步對(duì)爆管原因進(jìn)行分析。對(duì)于爆管的分析,一般通過宏觀外觀檢查、金相分析以及機(jī)械性能分析三種方式,綜合確定出爆管的根本原因。

圖1 鍋爐水冷壁管爆管處外觀

3.1 外觀檢查

對(duì)某爆管進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查看。發(fā)現(xiàn)爐管有明顯的彎曲變形,爆口朝向火面?zhèn)?為魚唇狀,長(zhǎng)度約為55mm,最大開口寬為15mm,爆口處有局部鼓脹,同時(shí)也有明顯的減薄,最薄處如刀口。鍋爐水冷壁管爆管處外觀見圖1。

3.2 化學(xué)成分分析

2003年汕頭熱電廠某鍋爐發(fā)生爆管的水冷壁管位于前墻右角衛(wèi)燃帶以下,對(duì)管道的橫縱向分別使用儀器進(jìn)行金相檢驗(yàn),管道的橫向樣品結(jié)果為鐵素體與珠光體,晶粒度為六級(jí),管道的縱向?yàn)楣軆?nèi)壁腐蝕坑處有0.15mm的氧化層,金相組織也為鐵素體與珠光體,晶粒度為六級(jí),微觀特征正常。

2008吉林石化某公司鍋爐發(fā)生爆管事故,通過對(duì)爆管的水冷壁管進(jìn)行金相檢查。破口周圍組織為鐵素體與球化珠光體,部分晶界上有碳化物,裂口有多處蠕脹微裂紋。

4 鍋爐水冷壁爆管原因基理

4.1 水循環(huán)故障

對(duì)于自然循環(huán)的鍋爐來說,爐內(nèi)的水循環(huán)通過管內(nèi)水的重力下降壓與上升管中的壓力壓差形成的一個(gè)循環(huán)回路,用于克服上升管的汽水混合物的流動(dòng)阻力與克服下降管內(nèi)阻力的有效壓力與剩余壓力相一致。流動(dòng)壓力穩(wěn)定時(shí)下降管的阻力將會(huì)不斷減少,剩余壓力越大,水循環(huán)速度將會(huì)加快。

飽和的爐水下降時(shí),流速將會(huì)增加,產(chǎn)生了流阻,消耗一些能力,造成下降管的入口處?kù)o壓力下降,水可能會(huì)汽化,汽泡積累,減少了進(jìn)入上升管內(nèi)的水量,上升管管壁的冷卻條件惡化,形成過熱的問題。另外,還有下降管處的汽穴問題。

4.2 水冷壁腐蝕與裂紋

一般水冷壁都會(huì)出現(xiàn)腐蝕與磨損的問題,磨損主要出現(xiàn)在一次風(fēng)口周圍的水冷壁管處,由于風(fēng)粉流的沖刷與吹灰器的吹掃時(shí)造成的沖刷磨損影響。水冷壁磨損的部位主要是在一次風(fēng)口周圍的水冷壁管,因風(fēng)粉流沖刷磨損和吹灰器吹掃時(shí)的沖刷磨損等引發(fā)。當(dāng)一次風(fēng)粉混合物吹進(jìn)入爐膛時(shí),噴燃器角度問題或其他的穩(wěn)燃設(shè)施布置不當(dāng)時(shí),都可能會(huì)使煤粉氣流沖刷水冷壁管,引起管壁磨損不斷變薄,甚至造成破損的問題。

在外觀檢查過程中也可能會(huì)發(fā)現(xiàn)爆管裂口外一些裂紋開始向外部延伸,邊緣為不平整的鈍邊,并沒有明顯減薄,也就是由細(xì)小裂紋在某種壓力因素作用下呈現(xiàn)脆性破壞,內(nèi)部明確的垢層將會(huì)出現(xiàn)脫落。

4.3 氫脆

由于汽水品質(zhì)不良,內(nèi)部含有多種雜質(zhì),在管的內(nèi)壁結(jié)成以氧化鐵為主的垢層。由于水垢的傳熱特性較差,在其表層下的金屬管壁溫度升高,將會(huì)導(dǎo)致滲透到垢下的爐水會(huì)快速蒸發(fā),從而無法與爐管中的爐水相混合。垢下爐水中的各種雜質(zhì)濃度通過不斷積累,將會(huì)變得很高,產(chǎn)生游離的氫氧化鈉物質(zhì)。而在垢下濃縮的氫氧化鈉溶液則具有很強(qiáng)的腐蝕性,化學(xué)品的作用使?fàn)t管內(nèi)壁表面的保護(hù)膜溶解,這部分鋼與氫氧化鈉產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成氫原子和亞鐵酸鈉,亞鐵酸鈉水解為Fe3O2和氫原子。當(dāng)氫原子不能被水流帶走,便開始向金屬內(nèi)部滲透,從而產(chǎn)生氫腐蝕。氫腐蝕是一種常見的爆管原因,需要定期清理垢物。

另外爆管的原因很多,鍋爐由于使用時(shí)間長(zhǎng),在鍋爐停爐檢修時(shí),檢修人員不小心,把工具遺留在鍋內(nèi),當(dāng)運(yùn)行時(shí),汽水翻騰,把雜物卡在管內(nèi),也容易造成水循環(huán)受阻。如果給水中有大量的氧氣、二氧化碳等氣體,也將會(huì)對(duì)鍋壁造成腐蝕,引起爆管。如果鍋爐水處理不好,水質(zhì)無法不合格,將會(huì)導(dǎo)致管內(nèi)結(jié)垢嚴(yán)重;管壁冷卻效果變差,造成管壁溫度升高而過熱脹粗爆管;在鍋爐運(yùn)行時(shí),很多的企業(yè)都不經(jīng)常排污,使得排污管堵塞,集箱內(nèi)水垢泥渣大量堆積,水循環(huán)肯定會(huì)受到影響,造成管壁溫度升高,在得不到冷卻的情況下而過熱爆管。

5 如何防止鍋爐水冷壁爆管問題

5.1 散垢處理

對(duì)于污垢對(duì)于鍋爐的影響較大,需要引起足夠的重視。首先嚴(yán)把化學(xué)技術(shù)監(jiān)督,嚴(yán)格執(zhí)行汽水品質(zhì)跟班取樣化驗(yàn)的規(guī)定,以確保良好的汽水品質(zhì)。按鍋爐停用時(shí)間長(zhǎng)短使用不同的保養(yǎng)措施與方法,根據(jù)垢量、運(yùn)行周期適時(shí)對(duì)鍋爐進(jìn)行一定程度的酸洗,從而保證水冷壁管的傳熱效果;在鍋爐運(yùn)行過程中,要加強(qiáng)吹灰管理,制定合理的吹灰程序、參數(shù)和吹灰周期,避免發(fā)生由于人為操作不當(dāng)或吹灰設(shè)備存在缺陷而造成的受熱面的吹損。

5.2 嚴(yán)格工藝紀(jì)律

要加強(qiáng)運(yùn)行管理,運(yùn)行時(shí)認(rèn)真操作,嚴(yán)禁鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行,認(rèn)真按規(guī)程升、降負(fù)荷,加強(qiáng)對(duì)管壁溫度的監(jiān)視,減少管壁超溫。dcs等系統(tǒng)的投用,不僅使電耗下降,而且煤粉顆粒更均勻,燃燒更安全,避免了燃燒不完全的煤粉顆粒沖刷水冷壁管引起磨損爆管。要控制好一次風(fēng)速和二次風(fēng)速。如果一次風(fēng)速太小,會(huì)造成煤粉著火距離噴燃口太近,在運(yùn)行中,一次風(fēng)總風(fēng)壓過低,就可能造成著火距離太近,從而引起燃燒器噴口的過熱變形直至損壞。二次風(fēng)風(fēng)速太低也會(huì)造成著火距離太近,造成燃燒器噴口的損壞。煤種發(fā)生變化,煤質(zhì)變好,揮發(fā)分提高后,一次風(fēng)噴口的煤粉著火距離變近,運(yùn)行人員如不能及時(shí)調(diào)整好一次風(fēng)和二次風(fēng),以適應(yīng)煤種的變化,會(huì)造成燃燒器損壞。

5.3 強(qiáng)化鍋爐制造的檢驗(yàn)工作

在冷水管與鍋爐制造過程中,要充分做好質(zhì)量檢驗(yàn)工作。提高焊接質(zhì)量要加強(qiáng)焊工的技術(shù)培訓(xùn),提高焊工技能水平和工作責(zé)任心外,還要嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范,提高焊口無損檢測(cè)的質(zhì)量和水平。以確保壓力容器達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與要求,避免在使用過程中出現(xiàn)各類故障。

6 結(jié)語(yǔ)

在鍋爐運(yùn)行中,水冷壁管發(fā)生爆管是一種典型的故障問題,嚴(yán)重影響到了機(jī)組的整體運(yùn)行。面對(duì)爆管問題,要采用正確的方法,通過外觀檢查、金相分析與機(jī)械性能研究方面進(jìn)行綜合分析,以確定出根本原因。在運(yùn)行與操作過程中,做好鍋爐的保養(yǎng)工作,及時(shí)刷洗清除污垢,做到清潔清理。隨著現(xiàn)代材料技術(shù)的不斷進(jìn)步與鍋爐運(yùn)行操作的不斷規(guī)范,鍋爐水冷壁的爆管問題將會(huì)不斷減少,從而促進(jìn)現(xiàn)代鍋爐行業(yè)的不斷進(jìn)步。

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