锅炉三管泄漏和爆管原因分析及对策

付群智 刘道彬

作者通联：乌鲁木齐石化公司机动设备处 乌鲁木齐市830019

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乌石化公司热电厂锅炉装机容量1750t/h，分别为2×220t/h、1×410t/h、2×450t/h高压燃煤锅炉，以热电联产形式满足公司生产需求的蒸汽与电力。另外，化肥厂两台高压燃煤锅炉2×210t/h主要满足自给，这7台高压燃煤锅炉承担着乌石化公司主要的动力供给。燃煤锅炉三管泄漏、爆管事故时有发生，经常采用更换新管段、喷涂等快速维修方法，但未能使情况得到根本好转，一段时间后又发生泄漏或爆管。

一、过热器泄漏爆管原因及预防措施

1.受热面超温造成过热器管爆管

金属超过其额定温度运行时，有短期超温和长期超温两种情况，因此造成受热面过热爆管有短期过热和长期过热两类现象，受热面过热后，管材金属超过允许使用的极限温度，内部组织发生变化，降低了许用应力，管子在内应力作用下产生塑性变形，最后导致超温爆管。

（1）受热面短期过热。锅炉受热面内部工质短时间内换热状况严重恶化时，壁温急剧上升，使钢材强度大幅度下降，会在短时间内造成金属过热引起爆管。导致短期过热的原因有：管内汽水流量严重分配不均；炉内局部热负荷过高；管子内部严重结垢；异物严重堵塞管子；错用钢材等。

（2）受热面长期过热。锅炉受热面管子由于热偏差、水动力偏差或积垢、堵塞、错用钢材等原因，管内工质换热较差，金属长期处于幅度不很大的超温状态下运行，管子金属在应力作用下发生蠕变（管子胀粗），直到破裂。长期过热主要发生在高温过热器的外圈向火面，低温过热器也可能发生。

2011年12月，热电厂2号炉过热器泄漏，泄漏部位为低温过热器甲侧第23排第一根管子直管段迎风面，该部位靠近顶棚管400mm。爆口尺寸长45mm，宽10mm，爆口上下管段明显胀粗、变形，管壁粗糙，颜色发黑，管子外表面有较多轴向裂纹。

爆口处壁厚较厚，呈钝性爆口，排除由于磨损减薄造成的爆管；爆口上下管段胀粗达40mm，有较多晶间裂纹、硬度值偏低，属于较为明显的长期过热爆管，对周围的22、24和25排进行蠕胀测量、金相、硬度检查，管径均在合格范围内，硬度及金相组织均合格，分析认为是由于管排局部堵塞，蒸汽侧流量发生变化而引起的长期过热爆管。

2.管材质量或焊接质量差造成过热器爆管

1996年12月，1号锅炉低温过热器爆管，此次爆管事故和刺伤的蛇行管都不在焊口处，也不在弯管处，事故原因是钢材质量问题。在制造或维修中由于焊接质量不过关，焊缝中存在气孔、夹渣、焊瘤等会导致频繁爆管。

2007年，2号炉顶棚过热器在运行过程中发生爆管，宏观检验表明，焊缝的焊接质量较差，焊缝根部存在大量焊瘤，泄漏点大多分布在焊缝熔合线及热影响区内；金相检验结果表明，管束的金相组织是正常的；焊缝、熔合线、热影响区的金相组织为粗大魏氏组织铁素体，组织极为粗大，是不正常组织。爆管是由于管材焊缝的焊接质量极差，在焊缝熔合区内存在粗大魏氏组织、大量非金属夹杂等缺陷而造成的。

如果管子本身存在分层、加渣缺陷，运行时受温度和压力影响，缺陷扩大就会导致过热器管爆管。由爆口部位金相分析可知：该过热器管爆裂是炉管材料组织不均匀，母材基体存在大量微观孔洞，这些缺陷影响材料强度，最终导致过热器管爆裂。

2009年2月，3号炉过热器管泄漏，原始漏点在第二排低温过热器管排弯头部位（漏点部位为管排背风面，且周围无焊缝），过热器弯头在制造过程中存在缺陷，在长期运行过程中发生刺漏，泄漏的蒸汽被顶棚管及过热器立管遮挡反射，造成弯头外壁减薄，在停炉过程中爆裂。

3.造成过热器管超温的原因及防范措施

在设计上，如果存在锅炉炉膛高度偏低，火焰中心偏后、水动力工况差、蒸汽流量偏低和受热面结构不合理等因素都会造成过热器普遍超温或存在较大的热偏差局部超温；在制造、安装和检修中如果出现管内异物堵塞、屏过联箱隔板倒等缺陷，会造成工质流动不畅，引起受热面超温；运行中如果出现燃烧控制不当、火焰上移、火焰偏斜、炉膛出口烟温高风量不足、燃烧不完全引起烟道二次燃烧、蒸汽流量不足、减温水投停不当、高压加热器投入率低等情况，也会造成过热器管超温；另外给水品质不良，引起管内结垢积盐，影响传热，也会造成过热器管在运行中超温。

为了预防过热器管超温，在运行中，应严格按运行规程规定操作，控制锅炉参数和过热器管壁温度在允许范围内；严密监视锅炉蒸汽参数、蒸发量及水位等主要指标，防止超温超压、满水、缺水事故发生；做好锅炉燃烧调整，防止火焰偏斜，注意控制煤粉细度，合理用风，防止结焦，减少热偏差，防止锅炉尾部再燃烧；加强吹灰和吹灰器管理，防止受热面严重积灰；保证锅炉给水品质正常及运行中汽水品质合格等。

二、省煤器泄漏爆管原因及预防措施

1.焊接质量差

制造或维修中由于焊接质量不过关也会导致省煤器管爆管。2005年8月，3号炉省煤器泄漏，泄漏点位于高温段省煤器出口联箱端管与省煤器管连接焊口，在甲侧第77排上有黄豆粒般大小漏洞，这道焊口是安装时的焊口，施工焊接后内部有砂眼，检验未发现，长时间运行而引发泄漏。

2011年2月，化肥厂3号炉省煤器连续两起泄漏事故：一是前墙下层靠电除尘侧第十四屏最下层管线鳍片和省煤器管焊接部位泄漏；二是前墙下层靠锅炉侧第三屏最下层管线鳍片和省煤器管焊接处泄漏，第五屏最下层管线支撑座与鳍片相接处有裂纹。

两起泄漏事故均为原始产品质量问题：①管束与鳍片的制造过程中由于焊接起弧电流过大，造成省煤器管束损伤。②省煤器在制造过程中未按照图纸要求施工，在支撑座与鳍片之间存在焊接间隙，造成支撑部位焊接缺陷存在较大内、外应力，最终形成应力性裂纹。

2.飞灰磨损

运行实践表明，在锅炉的过热器、省煤器主要对流受热面中，省煤器的磨损最严重。因为省煤器通常是错列布置，烟气对错列管束的冲刷比较强烈，磨损比顺列严重得多，而且省煤器处的烟气温度比较低，烟气中灰粒相对较硬，使得省煤器磨损比过热器及空预器严重得多，省煤器磨损爆管主要发生在3个部位。

（1）省煤器第二、第三排管子。省煤器通常是错列布置，第一排管子受到较低烟速即进入省煤器前空烟道内烟速地冲刷，进入第二排管子后由于烟气流通截面减小，速度突然提高，烟气中灰粒的冲击力较大，所以第二、第三排管子磨损较以下各排管子严重。

（2）管弯头处。省煤器管的弯头与竖井烟道两侧墙之间的间隙形成烟气走廊，因阻力较小，烟气流速高，磨损较严重。

（3）靠后墙的蛇形管排。对于π型锅炉，烟气自水平烟道转弯进入竖井烟道，由于离心力作用，烟气中大部分灰粒集中在竖井烟道的后墙，所以靠后墙的几排蛇形管排磨损较严重。

2006年11月，3号炉高温省煤器泄漏事故，高温省煤器入口联箱与管接头安装时存在错口，水由联箱进入管接头时，由于管径发生变化产生汽蚀，造成管壁减薄严重刺漏。

2007年4月，3号炉高温省煤器泄漏，由于高温省煤器管内部管径不一致，管子存在严重的错口问题，严重的内部冲刷现象致使管壁减薄而泄漏，金属监督不到位，检修期间没有对该处管子测厚。由于前两次泄漏只是更换1/2的管子，这次的漏点是未更换的管子。

2009年4月，1号炉省煤器爆管，爆管部位在低温省煤器出口段甲侧后部管箱从第三排第七根，爆口长200mm。爆管原因为管排在安装过程中存在管排变形现象，变形管排受烟气长期冲刷磨损减薄爆裂。

2011年6月，3号炉甲侧高温省煤器泄漏，甲侧高温省煤器第一排从上往下数第十根管子靠后墙弯头部位刺漏，泄露部位有较为明显的冲刷减薄迹象。该管排存在较为明显的变形现象，第三个蛇形弯的内圈和外圈不在同一个平面上，内圈向甲侧靠包墙管方向错出约半个管径，虽然管排上部第一根管子加装了防磨护瓦对整个管排进行防护，但错位的第十根管子长期受烟气冲刷磨损减薄，最终发生泄漏。

2011年10月，化肥厂4号炉省煤器泄漏事故，原因分析：4号炉转向室前侧上部省煤器，从锅炉侧数第17屏，从上往下数第2根靠180°弯头20mm处直管段有一处5mm左右的小孔，宏观检查除泄漏口水流冲刷部位管壁减薄外，同一部位省煤器的其余管束均未发现飞灰磨损现象，由此可判断是由于制造过程中存在管子壁厚厚薄不均匀或存在气孔、裂纹，经长周期运行逐步发展扩大，其强度逐渐下降，造成泄漏事故。

3.省煤器磨损原因及预防措施

导致磨损的原因有：燃煤含灰量高，飞灰中夹带硬颗粒；烟气流速过高或局部烟速过高；烟气含灰浓度分布不均，局部灰浓度过高。通常采用减少飞灰撞击管子的数量、降低烟气流速或增加管子的抗磨性来防止飞灰磨损。

（1）控制烟气流速，尤其是烟气走廊处的烟气流速，因此在安装和维修时，应尽量减小省煤器管子与墙之间的距离，同时使各蛇形管间距离要尽量均等；

（2）对于局部烟气流速过高的地方，应在管子易磨损部位如：弯头处、第二第三排管子、靠后墙的几排管子等地方加装防磨装置；

（3）对省煤器管冷喷涂高温耐磨涂料，以便增加管子的抗磨性。

三、水冷壁泄漏爆管原因及预防措施

1.管子材料不合格或焊接质量较差

2005年7月，热电厂2号炉前墙水冷壁管与下联箱连接处有3组12根拉稀管段，位置分布在下联箱的两端和中间，这次的漏点在中间的拉稀管向火面靠近鳍片根部，是母材上的砂眼所致。

2006年7月，热电厂3号炉水冷壁爆管，造成3号炉灭火，原始泄漏部位（图1）为冷灰斗上部后墙水冷壁与鳍片安装焊口处，爆管部位为甲侧侧墙水冷壁（图2）。

图1 泄漏部位

图2 水冷壁爆管

对爆管部位上部和下部管子做金相分析，为珠光体+铁素体，是正常组织，排除了由于水循环不畅而造成的过热爆管；原始泄漏部位为水冷壁光管与鳍片安装焊口，应是水冷壁管与鳍片焊接时存在咬边，经长期运行，强度降低，发生泄漏，高压水由漏点射到对面水冷壁管，造成管壁冲刷减薄爆管。

2.防止水冷壁爆管的措施

一般来说，保证给水和炉水品质合格，减少水冷壁管内结垢和腐蚀；调整好燃烧，使火焰均匀，防止水冷壁管受热不均，水循环被破坏；升温升压时严格按规程进行，控制好升压速度。此外更要注重防止水冷壁管材质检验、焊接质量及防止外部冲刷磨损。

四、结语

为有效防止三管爆裂，除在安装维修、运行调整方面采取措施外，还要对锅炉受热面做好金属监督工作。如：①对受热面进行蠕胀、变形和磨损等情况的定期检查；②对长期存在过热问题的受热面，加装热工温度测点进行监督控制；③定期割管检查，对高温过热器、低温过热器管子做金相检验，对炉膛热负荷最高区域水冷壁管内壁结垢、腐蚀情况进行检查。

通过实例分析，锅炉三管泄漏爆管的原因存在于设备管理的全过程，即设计制造、安装调试运行、维护检修及改造等各个环节，因此必须注重锅炉设备全过程管理，尤其是制造、安装和维修环节，再辅以金属监督、运行监控等措施，才能有效地预防和控制锅炉三管泄漏爆管事故的发生。