锅炉埋管爆管事故的分析及处理

赵 强，张路军

（山东省特种设备检验研究院济宁分院，山东济宁 272000）

0 引言

某单位自备电厂1 台75 t/h 低速循环流化床，额定压力为5.3 MPa，额定汽温为485 ℃。2001 年投入使用后，一直未能带满负荷（最大负荷约为60 t/h），而且流化状况较差，在负荷大的时候，还容易出现局部结焦的现象。最近几年由于用汽量增加，为提高锅炉出力、解决局部结焦的问题，对锅炉进行改造。采取封堵布风板四周部分风帽，减少通风截面，提高风速、改善流化状况、强化埋管换热的方法，同时还对磨损严重的中、下排埋管进行更换。改造维修后，流化状况得到改善，没有再出现结焦现象，锅炉最大负荷提高到72 t/h。但改造后运行半年，即频繁发生爆管事故，爆管后，对泄漏的埋管采取封堵方法，然后继续运行，此后爆管事故不断，由开始间隔为1 个多月，后来最短的时候到2 天，致使锅炉多次紧急停炉，给单位造成重大经济损失。

1 原因分析

1.1 检验情况

该锅炉密相区设计有埋管4 组，材质为20G，规格为Φ57×10 mm，外壁焊有防磨鳍片。现场检查发现两侧埋管基本完好，中间2 组多处爆管泄漏，爆管附近处埋管因冲刷也出现泄漏；部分埋管严重弯曲变形（图1）。泄漏、变形的埋管多集中在炉膛中部，爆破位置在埋管中上段，距埋管出口集箱较近。

埋管的循环回路为：锅筒中的水经集中下降管分配到埋管入口集箱，经埋管进入出口集箱，然后经连接管进入水平烟道左右包墙水冷壁，再经连接管进入锅筒。分析埋管的水循环回路，其设计符合要求。

1.2 腐蚀和高温氧化，使埋管冷却变差，导致材料超温

宏观检查埋管无明显磨损痕迹。对爆口附近可测量部位进行测厚，测厚数值均在（8.5～10）mm，剩余壁厚远大于最小壁厚，可以判定磨损减薄不是造成爆管事故的原因。

对锅炉埋管维修管材原始资料进行复查，对割除下来爆管的管段进行光谱分析，数据符合GB/T 5310—2008 标准的要求。

图1 变形的埋管

对变形和爆破的埋管进行检查，发现变形最严重的管子，外壁颜色发黑，外壁氧化层厚度约2 mm。发生爆管的埋管有轻微胀粗现象，爆口为纵向开裂，爆口边缘为钝边（图2），其开裂严重的1 处长度为140 mm，宽度最大处为4 mm。具有长期超温爆管的特征。

对爆破和变形严重的埋管进行割管检查，发现管内生成的氧化层非常严重，较少的厚度也＞2 mm，有的已经形成块状（图3），将管内基本堵死。其颜色为黑色，较疏松。经分析，Fe3O4为10.9%，Fe2O3为87.2%，Na3PO4为1.8%。

埋管为更换不久的新钢管，由于未进行碱煮和钝化，未能在表面形成良好的钝化保护膜，使运行中腐蚀加剧。当锅炉给水中含有氧时，就会使炉管电化学腐蚀加剧，其最终腐蚀产物为Fe（OH）3，脱水后为Fe2O3。在（450～570）℃时，水蒸汽也会与碳钢发生反应，生成疏松的Fe3O4，当温度为570 ℃以上时，其反应生成物为Fe2O3。

由于生成的Fe 的氧化物比较疏松，再加上汽水流动、锅炉振动等不稳定因素，氧化层有时会出现脱落现象，汽水与剥落氧化层之后的碳钢表面继续反应，或者是通过疏松的空隙与碳钢表面反应，使腐蚀不断进行。由于埋管一般为与水平线夹角12°倾斜布置，腐蚀产物容易沉积，导致管内流通面积减少，汽水流动受阻，使埋管冷却变差，出现超温情况，随着氧化物沉积的增多，超温现象更为严重，最终导致埋管变形、爆管。

1.3 风室进风结构不合理，流化不好，导致中部埋管热负荷过大

锅炉风室进风结构如图4。由于采用前面两侧进风，A 区处于左右侧气流交汇处，在两侧气流强度差别不大的情况下，A 区由于气流速度降低，静压升高，导致该处风帽中小孔风速高，流化好。而B、C 区为截面突变区域，会产生涡流。涡流的存在，使该处气流能量损失增大，同时使压头降低，因此该处风帽中小孔风速较低，流化较差。当给煤颗粒度较大时，该情况尤其突出。上述情况也是运行中B、C 区易于结焦的原因。使用单位也反映，在进行流化试验时，B、C 区基本没有沸腾现象。这样使中部埋管处于高风速区，换热强烈，热负荷较大。

1.4 改造、维修不当，加剧埋管热负荷不均的现象

图2 爆口部分形貌

图3 管内氧化物

在带有埋管的低速流化床中，埋管的蒸发量占锅炉出力的一半以上。因此在锅炉负荷变大时，埋管中水的含汽率比较高。该锅炉从频繁发生事故的时间看，都是在对布风板改造后发生的。布风板改造后，通风面积缩小，风帽小孔风速提高，牺牲了炉膛靠近四周浇注料的埋管的换热，使锅炉B、C 区靠近中部的区域流化状况有所改善，锅炉带负荷能力提高，但并没有根本上解决风室风压不均匀的问题，从而没有解决流化不均匀的现象。四周封堵风帽后，使改造前中部原本小孔风速高、流化好的地方，在改造后，小孔风速进一步提高，换热更为强烈，中部埋管热负荷过大，管内含汽率较高。倾斜安装的埋管也容易出现汽塞和汽水分层，最终个别管子会因产生的蒸汽量大，出现传热恶化，在埋管局部出现超温现象，过多的蒸汽一旦形成汽塞，循环流速会进一步下降，会加剧超温情况，也加剧了汽水腐蚀速度。随着腐蚀产物的产生，超温现象进一步加剧，进入恶性循环，导致过热爆管。使用单位在埋管爆破后，为不影响使用，抢修时采用了简单的封堵，使附近埋管热负荷进一步增加，从而导致附近热负荷较高的埋管继续爆管。

图4 锅炉风室结构

1.5 爆管原因

综上所述，该锅炉埋管频繁爆管主要是由于流化不均匀、改造维修不当，使部分埋管热负荷过高，致使埋管内出现大量水蒸汽，导致传热恶化；而汽水腐蚀产物的堆积加剧了材料超温情况，最终导致埋管过热爆管。

2 处理措施

（1）更换变形、泄漏、封堵的埋管。更换后进行清洗和钝化，清除内部的氧化层，并形成致密的钝化层，降低运行时的腐蚀。

（2）对风室进风进行改造。改造示意图如图5。在两侧进风道内增加导流板，考虑到床下点火温度较高，因此采用了304 不锈钢作为导流板材料。导流板的采用，是为了消除B、C 两个涡流区，基本上使进入风室的气流以较为均匀的方式布满整个风室，减少风室内的风压的偏差。运行情况表明，其流化状况明显好转。锅炉基本能接近满负荷状态。

（3）恢复封堵的风帽，避免单根埋管热负荷过高，靠均衡埋管热负荷，提高锅炉出力。

（4）由于随给煤颗粒度的增大，要保证流化良好，小孔风速也要相应提高，因此运行中，要控制好给煤颗粒度。

图5 改造后的进风示意

3 结束语

经过上述处理后，至今已运行5 年，未在发生爆管现象，最大带负荷能力基本维持在70 t/h 以上。