鍋爐過(guò)熱器爆管的根本原因及防止措施

時(shí)間：2023-02-25作者：太原鍋爐集團(tuán)有限公司瀏覽：126

   太原鍋爐集團(tuán)有限公司（太原鍋爐廠）技術(shù)宣

結(jié)合我國(guó)電站鍋爐過(guò)熱器爆管事故做了大量研究，把電站鍋爐過(guò)熱器爆管歸納為以下九種不同的機(jī)理。 

一、長(zhǎng)期過(guò)熱 

1.失效機(jī)理 

長(zhǎng)期過(guò)熱是指管壁溫度長(zhǎng)期處于設(shè)計(jì)溫度以上而**材料的下臨界溫度，**溫幅度不大但時(shí)間較長(zhǎng)，鍋爐管子發(fā)生碳化物球化，管壁氧化減薄，持久強(qiáng)度下降，蠕變速度加快，使管徑均勻脹粗，最后在管子的較薄弱部位導(dǎo)致脆裂的爆管現(xiàn)象。這樣，管子的使用壽命便短于設(shè)計(jì)使用壽命。**溫程度越高，壽命越短。在正常狀態(tài)下，長(zhǎng)期**溫爆管主要發(fā)生在高溫過(guò)熱器的外圈和高溫再熱器的向火面。在不正常運(yùn)行狀態(tài)下，低溫過(guò)熱器、低溫再熱器的向火面均可能發(fā)生長(zhǎng)期**溫爆管。長(zhǎng)時(shí)**溫爆管根據(jù)工作應(yīng)力水平可分為三種：高溫蠕變型、應(yīng)力氧化裂紋型、氧化減薄型。 

2.產(chǎn)生失效的原因 

(1)管內(nèi)汽水流量分配不均； 

(2)爐內(nèi)局部熱負(fù)荷偏高； 

(3)管子內(nèi)部結(jié)垢； 

(4)異物堵塞管子； 

(5)錯(cuò)用材料； 

(6)較初設(shè)計(jì)不合理。 

3.故障位置 

(1)高溫蠕變型和應(yīng)力氧化裂紋型主要發(fā)生在高溫過(guò)熱器的外圈的向火面；在不正常的情況下，低溫過(guò)熱器也可能發(fā)生； 

(2)氧化減薄型主要發(fā)生在再熱器中。 

4.爆口特征 

長(zhǎng)期過(guò)熱爆管的破口形貌，具有蠕變斷裂的一般特性。管子破口呈脆性斷口特征。爆口粗糙，邊緣為不平整的鈍邊，爆口處管壁厚度減薄不多。管壁發(fā)生蠕脹，管徑脹粗情況與管子材料有關(guān)，碳鋼管徑脹粗較大。20號(hào)鋼高壓鍋爐低溫過(guò)熱器管破裂，較大脹粗值達(dá)管徑的15%，而12CrMoV鋼高溫過(guò)熱器管破裂只有管徑5%左右的脹粗。 

(1)高溫蠕變型 

a.管子的蠕脹量明顯**過(guò)金屬監(jiān)督的規(guī)定值，爆口邊緣較鈍； 

b.爆口周圍氧化皮有密集的縱向裂紋，內(nèi)外壁氧化皮比短時(shí)**溫爆管厚，**溫程度越低，時(shí)間越長(zhǎng)，則氧化皮越厚和氧化皮的縱向裂紋分布的范圍也越廣； 

c.在爆口周圍的較大范圍內(nèi)存在著蠕變空洞和微裂紋； 

d.向火側(cè)管子表面已完**化； 

e.彎頭處的組織可能發(fā)生再結(jié)晶； 

f.向火側(cè)和背火側(cè)的碳化物球化程度差別較大，一般向火側(cè)的碳化物己完**化。 

(2)應(yīng)力氧化裂紋型 

a.管子的蠕脹量接近或**金屬監(jiān)督的規(guī)定值，爆口邊緣較鈍，呈典型的厚唇狀； 

b.靠近爆口的向火側(cè)外壁氧化層上存在著多條縱向裂紋，分布范圍可達(dá)整個(gè)向火側(cè)。內(nèi)外壁氧化皮比短時(shí)**溫爆管時(shí)的氧化皮厚； 

c.縱向應(yīng)力氧化裂紋從外壁向內(nèi)壁擴(kuò)展，裂紋**可能有少量空洞； 

d.向火側(cè)和背火側(cè)均發(fā)生嚴(yán)重球化現(xiàn)象，并且管材的強(qiáng)度和硬度下降； 

e.管子內(nèi)壁和外壁的氧化皮發(fā)生分層； 

f.燃燒產(chǎn)物中的S、Cl、Mn、Ca等元素在外壁氧化層沉積和富集。 

(3)氧化減薄型 

a.管子向火側(cè)、背火側(cè)的內(nèi)外壁均產(chǎn)生厚度可達(dá)1.0～1.5mm的氧化皮； 

b.管壁嚴(yán)重減薄，僅為原壁厚的1/3～l/8 ； 

c.內(nèi)、外壁氧化皮均分層，為均勻氧化。內(nèi)壁氧化皮的內(nèi)層呈環(huán)狀條紋； 

d.向火側(cè)組織己經(jīng)完**化，背火側(cè)組織球化嚴(yán)重，并且強(qiáng)度和硬度下降； 

e.燃燒產(chǎn)物中的S、Cl、 Mn、Ca等元素在外壁氧化層沉積和富集，促進(jìn)外壁氧化。 

5.防止措施 

對(duì)高溫蠕變型可通過(guò)改進(jìn)受熱面、使介質(zhì)流量分配合理；改善爐內(nèi)燃燒、防止燃燒中心偏高；進(jìn)行化學(xué)清洗，去除異物、沉積物等方法預(yù)防。對(duì)應(yīng)力氧化裂紋型因管子壽命已接近設(shè)計(jì)壽命，可將損壞的管子予以更換。對(duì)氧化減薄型應(yīng)完善過(guò)熱器的保護(hù)措施。 

二、短期過(guò)熱 

1.失效機(jī)理 

短期過(guò)熱

2.產(chǎn)生失效的原因 

(1)過(guò)熱器管內(nèi)工質(zhì)的流量分配不均勻，在流量較小的管子內(nèi)，工質(zhì)對(duì)管壁的冷卻能力較差，使管壁溫度升高，造成管壁**溫； 

(2)爐內(nèi)局部熱負(fù)荷過(guò)高(或燃燒中心偏離)，使附近管壁溫度**過(guò)設(shè)計(jì)的允許值； 

(3)過(guò)熱器管子內(nèi)部嚴(yán)重結(jié)垢，造成管壁溫度**溫； 

(4)異物堵塞管子，使過(guò)熱器管得不到有效的冷卻； 

(5)錯(cuò)用鋼材。錯(cuò)用低級(jí)鋼材也會(huì)造成短期過(guò)熱，隨著溫度升高，低級(jí)鋼材的許用應(yīng)力迅速降低，強(qiáng)度不足而使管子爆破； 

(6)管子內(nèi)壁的氧化垢剝落而使下彎頭處堵塞； 

(7)在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，投入減溫水不當(dāng)，噴入過(guò)量，造成管內(nèi)水塞，從而引起局部過(guò)熱； 

(8)爐內(nèi)煙氣溫度失常。 

3.故障位置 

常發(fā)生在過(guò)熱器的向火面直接和火焰接觸及直接受輻射熱的受熱面管子上。 

4.爆口形狀 

(1)爆口塑性變形大，管徑有明顯脹粗，管壁減薄呈刀刃狀； 

(2)一般情況下爆口較大，呈喇叭狀； 

(3)爆口呈典型的薄唇形爆破； 

(4)爆口的微觀為韌窩(斷口由許多凹坑構(gòu)成)； 

(5)爆口周圍管子材料的硬度顯著升高； 

(6)爆口周圍內(nèi)、外壁氧化皮的厚度，取決于短時(shí)**溫爆管前長(zhǎng)時(shí)**溫的程度，長(zhǎng)時(shí)**溫程度越嚴(yán)重，氧化皮越厚。 

5.防止措施 

預(yù)防短期過(guò)熱的方法有改進(jìn)受熱面，使介質(zhì)流量分配合理；穩(wěn)定運(yùn)行工況，改善爐內(nèi)燃燒，防止燃燒中心偏離;進(jìn)行化學(xué)清洗；去除異物、沉積物；防止錯(cuò)用鋼材：發(fā)現(xiàn)錯(cuò)用及時(shí)采取措施。 


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