低温过热器爆管分析

牛东峰

摘 要：某台工业锅炉的过热器爆管，通过对爆管的破口形貌分析和金相分析，并结合锅炉实际运行工况，找出过热器爆管的原因，提出合理化建议。

关键词：过热器；爆管；分析

某化纤公司一台型号为SHF45-1.25/300-W+炉渣的循环流化床锅炉，该炉结构为M型，受热面布置及烟气流程：炉膛内有埋管和膜式壁，高温烟气经过漩涡分离器自下而上先后流经低温过热器、高温过热器、对流管，最后烟气经过二级省煤器和空气预热器通过烟囱排向大气，如图1。

该炉于2010年01月投用，实际运行参数：锅炉负荷30-38t/h，出口压力1.20MPa，过热蒸汽出口温度300℃，主要用于工业生产。2011年3月进行首次锅炉内部检验，发现锅筒和对流管束内水垢0.5mm，向使用单位提出加强水处理设备运行管理工作和水质、蒸汽品质的化学监督管理工作的建议。2013年2月，锅炉在运行过程中，低温过热器出现爆管事故，随后紧急停炉申请检验。

检验中发现：低温过热器低端有2根管子直管段底部发生爆管开裂，同样位置另有3个管子明显鼓包胀粗，并发现管子内积有大量盐垢。

见下图2、图3：

资料显示：该炉低温过热器材质为20，规格Φ38× 3.5mm。

1 爆管分析

1.1 爆口形貌分析

爆裂管样的宏观形貌见图1，从图1可以看出，爆口呈典型唇状，最大爆口开裂长度约120mm，并有一定的胀粗，爆口周围氧化皮有纵向裂纹，向火侧有较厚的氧化皮分层。

1.2 金相分析

取爆口附近管子部位制備金相试样，将试样抛光后用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，采用显微镜观察试样的显微组织，由图4-5可，发现向火侧管样金相组织珠光体已全部分散，球化级别大于5级，碳化物颗粒粗大，晶界有蠕变空洞；背火侧管样金相组织为铁素体+珠光体+少量碳化物，珠光体开始分散，珠光体球化级别为2级。

从上述现象可以判断出，低温过热器爆管是长期超温引起的。

2 事故原因分析

①从取样的过热器管子内发现大量的盐垢，盐垢最厚处达1.0mm，由此可判断：过热器爆管的主要原因是因积盐较厚恶化传热，管子长时间处于超温状态，最终导致管子鼓包、开裂；②对水处理设备和水汽质量检查。该炉的设计水处理设备为钠离子交换器，采用软化水作为锅炉给水，由于锅炉存在过热系统，对蒸汽品质要求较高，如长期使用软水作为给水，即使锅水的溶解固形物检测值满足于GB/T1576-2008《工业锅炉水质》的要求，蒸汽品质也难以得到很好的控制，势必会造成过热器管内积盐。此外，在检查水质化验记录中发现：给水、锅水和蒸汽品质检测次数达不到标准要求，且检测的项目不齐全，部分检测数据不匹配，存在失真现象；③在对锅炉上锅筒检验发现，筒体内壁水垢厚1.0mm左右，汽水分界线波动较大，锅炉经常处于高水位运行，又因该炉上锅筒的汽水分离装置采用汽水挡板，分离效果较差，致使饱和蒸汽的机械携带增大，使大量的锅水输送到低温过热器中，各种盐垢在过热器低端的管子底部不断沉积，恶化了传热，是导致过热器管中爆管一个重要因素；④锅炉长时间低负荷运行，设计额定负荷45t/h，实际运行负荷在30t/h至38t/h，低负荷运行时，过热器中的蒸汽流量不足，介质流速低，传热恶化，致使管壁换热冷却不足，引起长期慢性过热疲劳，这是过热器爆管的原因之一。

3 防范措施

①锅炉设计采用软化水作为给水，锅水的溶解固形物和蒸汽的含盐量得不到很好的控制，在长期运行中，蒸汽的机械携带势必造成过热器管内积盐，为提高蒸汽品质，建议使用单位增加除盐系统，采用除盐水作为锅炉的给水；②加强水处理的人员管理和水质和蒸汽品质的化学监督，锅炉运行中，使用单位的水处理工作人员应根据相关标准要求，对锅炉的原水、给水、锅水的水质以及蒸汽品质定期进行分析，确保化验分析的时间、项目、数据以及采取相应措施的真实性，并做好详细记录；③加强锅炉运行管理，根据生产用热需求调整负荷，控制水位，改善蒸汽品质；其次根据锅水指标控制排污，确保给水、锅水和饱和蒸汽品质符合相关标准要求；④增加过热器反冲洗系统，锅炉投用前，采用80-90℃的除盐水对过热器进行反冲洗，将管子内的积盐溶解、冲掉，减少过热器管内积盐，防止过热器爆管。

4 结束语

针对这次过热器爆管的事故，从管样爆口的宏观形貌、几何尺寸和微观组织金相分析结果可见，爆管管子的主要原因是由于长期过热所致；由管子内积盐厚度和管子外表的氧化皮厚度推测，长期过热主要有水处理设备与锅炉的实际运行工况不能很好的匹配和水汽质量的化学监督工作管理不到位引起的。企业的锅炉管理技术人员应认真分析和研究该起爆管事故，加强锅炉运行负荷波动管理和水汽质量化学监督管理，避免类似事故发生。

参考文献：

[1] GB/T 1546-2008.工业锅炉水质[S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2008.