浅析电站锅炉过热器管失效的原因

郑伟

摘 要 本文通过对大型火力发电厂的过热器失效问题进行深入研究，系统地分析了过热器管道失效的原因。电站锅炉过热器管道爆管是各种因素综合作用的结果，研究过热器管道失效的原因已经成为提高火力发电厂经济效益的关键性方向之一。

关键词 爆管；过热器；电站锅炉

中图分类号 TK2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）16-0067-02

1 概述

锅炉作为热交换设备的一种，本身具有泄漏、爆炸的危险，会造成重大安全事故。各国现有的制度表明，很多发达国家都有较为完善的法规体系进行管理和规范。作为锅炉检验检测重要技术支撑的锅炉压力容器安全检测部门，在过热器管道失效机理的研究上应有一个更深入的探究。加强电站锅炉过热器爆管機理的研究，是锅检部门提升服务能力和技术把关的有效措施，对大型电站锅炉的安全规范运行有着深远的影响，具有重大的意义。

2 过热器管道失效的原因分析

现有的研究成果表面，电站锅炉过热器管道失效的原因有很多。除管道长期过热外，受热面管也会因为高温腐蚀、高温氧化、焊接质量差和介质磨损等因素而失效。研究表明：在燃料中如果含有较多S及碱金属R（K、Na）时，壁温高于600℃的情况下，高温腐蚀的问题就会相当突出，腐蚀一般都是在有结灰或者结渣的管道壁面上发生的。

2.1 设计的缺陷

锅炉设计上的缺陷是过热器管道失效的根源，总会有一些管道在实际工作中壁温接近管子材料的允许工作温度，很容易造成管路过热。

1）热力计算结果不准确。热力计算不准确，其原因在于如何较合理的从理论计算上，能够确定炉膛的出口烟气温度。而且在确定过热器管道的传热系数方面也缺乏很多经验，致使管道的布置不够合理，从而造成了蒸汽温度较高或者受热管道超温。

2）设计时选用系数不合理。例如，某电厂采用的“W”型锅炉，就是因为采用了不恰当的传热系数，致使炉膛的实际出口烟气温度比设计温度高将近100℃。

3）炉膛设计尺寸不当。我国早期的一些大容量的电站锅炉，不仅在设计上缺乏选择炉膛尺寸的依据，而且在计算方法上也存在较多问题，因此设计的炉膛无法适应多种煤种。假如炉膛设计出的高度比较高，会使蒸汽温度降低。反之，炉膛所采用的高度较低则会引起过热器的温度偏高。

4）电站锅炉过热器系统的结构设计不恰当根据大量的研究发现，过热器的系统结构设计不合理是导致管路超温失效或者蒸汽温度与设计值不符的主要原因之一。其不合理性主要有以下3个方面。（1）在实际工作过程中，蒸汽压力变化较大造成流量差异较大，是因为受热管进出口集箱引入、引出时布置方式不合理。（2）因为并联的各受热管的管长、弯头数之间存在差值，所以各管道之间的阻力系数存在较大的差值，从而会造成较大的热偏差、流量偏差等。（3）相邻级的过热器之间未进行左右相互交叉，或者采用直接相连的方式，这样就会使不同级之间的热偏差叠加起来。在火力发电厂实际工作的过程中，上述过热器结构布置的不恰当一般是集中情况同时存在，因此又大大增加了管路之间爆管发生的可能性。

5）材质选用不合理。在对过热器受热管道进行温度计算时，应使管道在最极端工况处的工作温度不会超过所使用材料的许用温度。但是在设计、计算的过程中，由于对以上几种偏差对管道的影响不能合理的考量，从而导致了计算所采用的温度比实际工作温度低，这样就会出现管道所用材质无法满足锅炉运行的需求的状况。

2.2 制造、安装和检修因素

制造、安装、检修中引起过热器管道爆管的因素主要是指，管内出现异物致使管道堵塞，或者流体流动不顺畅的情况导致受热管部分管段过热。而检修不当也会造成管道内异物堵塞的情况。比如在换管的过程中，割管工艺的不合理则是会造成堵塞物掉入直线管段，或者管座的焊接物掉落的情况，致使部分管段少流量或无流量。从实际工作中的情况来看，由于锅炉制造厂的工艺不合理、安装不合格或者检修的质量不达标等原因造成的管道超温爆管的事故也有很多，主要问题有以下几个方面。

1）焊接质量差。如某火力发电厂在用的一台锅炉，对爆管的部分进行换管和补焊处理，管子的接口处发生位移，致使管子在焊接完成后仍存在有较大的应力，从而降低了管道的强度，长期使用后又导致泄漏。

2）联箱中间隔板的焊接问题。在安装联箱中间隔板时，没有按照要求进行焊接，致使其中的的蒸汽短路，从而导致部分管段冷却不良产生爆管。

3）异种钢管的焊接问题。在锅炉过热器受热管中，管卡和夹板一般会采用奥氏体钢，也有管道使用奥氏体管从而提高安全系数。而在珠光体钢与奥氏体钢进行焊接时发生的受热面管道撕裂的事故，则是由于二者的膨胀系数存在较大的差值。

4）普通焊口质量问题。过热器系统管内流体在运行中的温度和压力都很高，此时就要求接口要有较高的焊接质量。但锅炉在实际的运行中，由于制造、安装和检修中的焊接借口的质量不达标而引起的管道爆漏事故有很多，造成的后果也很严重。

5）异物堵塞管路。电站锅炉在长时间的工作中会产生大量的锈蚀，但因为管径较小，很难彻底处理，致使管道内的锈蚀物脱落在管道底部的水平段，造成管壁过热而爆管。

2.3 运行调整不当引起爆管

电站锅炉运行中引起超温的因素有很多，主要有：1）燃烧介质偏离设计介质，会造成着火点延迟，从而使炉膛的出口温度超过设计值；2）燃烧器的倾角调整不好，致使火焰延伸至排管与过热器处，在点火升压的过程中，过热器管道的蒸汽流量较少从而引起过热；3）化学监督不严致使蒸汽品质下降，造成过热器管内积垢从而引起超温；4）减温水系统故障从而引起蒸汽温度增高；5）高加长期使用率低造成给水温度偏低，从而使蒸汽的温度偏高。

3 结论

研究过热器管道失效的原因是一项复杂的工程，应该从运行工况、技术改进等方面进行全面考虑。过热器管道失效的原因有很多，要想防止电站锅炉过热器管道爆漏，必须从根源做起，做好制造、运行、检修全过程的监督，严格执行管道防爆管理制度，提高设备可靠性，从而最大限度地降低过热器管道爆漏事故的发生的可能性。

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