锅炉埋管爆管原因分析与防治措施

宁杏芳 蒋奇海 杜金宝 杨洋

（1.海南北排博华水务有限公司，海口 570204；2.北京城市排水集团有限责任公司，北京 100124；3.国投广东生物能源有限公司，广东 湛江 524399；4.北京国电龙源环保工程有限公司，北京 100039）

0 引言

某热电厂2台蒸发量为35 t/h的流化床锅炉，蒸汽压力为1.0 MPa，2017年投入运行。2019年9月开始，2台锅炉连续发生5次副床埋管爆管，本文就爆管原因进行了分析，并提出了相应的防治措施。

1 锅炉供汽系统

该锅炉供汽系统流程如图1所示，包含给水系统、锅炉及冷凝水回收系统3个部分。给水系统包含软化水装置→软水箱→除氧器→省煤器→汽包；锅炉系统包含汽包→下降管→下集箱→上升管（水冷壁、埋管）→上集箱→汽包；回水系统包含1#和2#工艺冷凝水，工艺换热水回水。

2 爆管检查情况

该炉埋管所用材质为20G，规格为DN40×5 mm。1#锅炉爆管共2根，爆口直径约1.5 cm的圆口，爆口位置在下埋管中部背火面。临近右侧正对爆口位置的埋管，也被喷流吹穿，形成直径为0.5 cm的破损口。1#爆管的管道都不同程度出现过热烧蚀（见图2）。2#锅炉爆管共6根，爆口为长度2~3 cm的缝状爆裂口，与1#锅炉爆管现象类似（见图3）。

2.1 宏观检查

分别从2台锅炉内取爆管后的管道进行检查。试样1为1#锅炉爆管样，试样2为2#锅炉爆管样（见图4）。试样1弯管存在爆口，爆口位于内外弯之间的侧面，爆口张口不大、边缘较钝，爆口附近外壁可见一层高温氧化皮已剥落，爆口整体表现为脆性断裂；除爆口处存在轻微胀粗外，其余位置无胀粗；弯头内壁可见一层较厚、致密的结垢层，管子局部腐蚀减薄严重。

试样2外壁亦有一层高温氧化皮，氧化皮致密未发生剥落，内壁清晰可见一层较厚、致密的结垢层，内壁局部存在较深的腐蚀坑，管子截面可见局部腐蚀减薄严重。同时，在埋管弯头至爆口处近1 m距离完全被淤泥状沉积物堵塞（见图5），其他过热烧蚀管存在同样的情况。

2.2 光谱分析

为鉴别埋管材材质（20G），排除由于材质原因（强度性能）导致的爆管。影响碳钢的强度因素较多，而Mn含量是影响钢强度的最主要因素之一，文献[1]表明影响实验钢强度指标的强弱次序为锰含量、卷取温度和终轧温度。本次材质分析主要以Mn含量进行测试。

使用X-MET7000便携式直读光谱仪对试样管进行了光谱分析。光谱分析结果如表1所示。

表1 试样管光谱分析结果

由表1可知，管材化学成分符合要求，可排除由于管材材质原因导致爆管的情况。

2.3 金相分析

为定性分析爆管点原因，根据分析标准［3-4］，则采用金相组织分析，对图4中试样1爆口处横截面和试样2距离爆口处2~3 cm的弯头处分别进行金相分析。

试样基体组织为珠光体+铁素体，聚集形态的珠光体区域已开始分散，爆口基体组织存在较多的腐蚀孔洞，部分孔洞呈链状分布甚至连成腐蚀裂纹，如图5—图6所示。

向火面外壁存在一层较厚高温氧化皮，且存在明显的脱碳层；碳化物已全部变成小球状，且大部分碳化物已分布在铁素体晶界上，几乎没有找到珠光体区域的痕迹，老化级别为4级，如图7—图8所示。

向火面内壁结垢较厚且致密性好，并在金属内壁形成腐蚀坑，内表面未见沿晶界的腐蚀裂纹，如图9—图10所示。

以上金相分析结果表明，埋管爆管为脆性断裂，管子垢下腐蚀表现为溃疡式腐蚀，在晶粒上出现腐蚀孔洞，未见沿晶腐蚀裂纹，内壁金属沿晶界出现剥落，致使金属内壁腐蚀减薄，严重处出现较深腐蚀凹坑。

综合宏观检查和金相分析结果推测，埋管爆管主要是内壁结垢严重导致垢下腐蚀和超温老化造成的。严重的结垢容易造成严重的溃疡式垢下腐蚀，从而内壁金属沿晶界剥落减薄造成管子局部位置有效厚度大大降低，力学性能下降。另外管子内壁结垢严重影响换热和内部介质流通截面，导致管子超温严重老化，在外壁产生高温氧化皮，促使管壁厚度进一步减薄，力学性能进一步下降，无法承受内部介质压力，导致脆性开裂爆管。

锅炉其他部位拆检显示，水冷壁下集箱无明显结垢现象，但存在较多泥状红褐色沉积物；除氧器内部腐蚀较严重，存在较多红褐色沉积物，同时内壁黑色凸起斑点显示既有氧腐蚀也有酸腐蚀［5］。据此推测引起爆管的主要因素是锅炉循环水系统内的沉积物，而导致沉积物累积的原因有多种，如进水品质差、排污不彻底、氧腐蚀结垢等。

3 问题分析

3.1 水质监管缺失

该热电厂锅炉给水主要由软化水制水和蒸汽冷凝水回水组成，统一汇入除氧器后进入锅炉系统。经调查发现，锅炉水质在线监测系统故障未及时修复，无法实现锅炉给水、锅炉水水质连续在线监测。而日常水质检测采用手工定期化验的方式监测锅炉水质，但检测项目只对软化水制水系统中的浊度、硬度和pH值和锅炉水水质中的全碱度、磷酸根和溶解性固形物成分进行每日1次的检测，未对锅炉给水进行检测，且检查项目不全面［6］。

1）冷凝水回收监管缺失。锅炉给水除来自软化装置系统来水，约50 %的水量来自用户装置冷凝水回收系统。爆管前冷凝水回收未纳入正常水质监管范围内，仅限于停开机前对水质指标中浊度检测。自爆管后恢复运行以来，冷凝回水和除氧器出口水质指标见表2。根据表2分析，冷凝水回水中主要以总铁和浊度超标较为严重，其次是硬度。总铁和浊度超标容易导致锅炉系统内水质腐蚀结垢，从而易形成图5中内部淤泥沉积物。

2）除氧器氧化腐蚀。除氧器主要功能为除去溶于水中的氧及其他不凝气体，降低锅炉水中的氧含量，使之达到规定标准，以保证锅炉和整个系统的金属部件在高温下不发生过度氧化腐蚀［7］。本锅炉除氧采用热力除氧，即将进入除氧器中的水播散成微细的水柱液滴或微薄的水膜，同时加热蒸汽进入除氧器后与水直接接触使水被加热。由于水流细小，形成的表面积大，因此水能与蒸汽充分接触被加热到相应压力下的饱和温度，使氧气析出，而微细的水流又使氧易于逸出，从而达到充分的除氧［8］。而爆管前除氧器内水质在线设备未正常投用，无法监测除氧器水质溶解氧，爆管后对除氧器内部情况观察，氧腐蚀较明显，见图11。

表2 冷凝回水和除氧器出口水质指标

从图11中分析看到，除氧器内部表面形成许多疏密不均的小鼓包，表面颜色由黄褐色到砖红色不等，次层是黑色粉末，这些都是氧腐蚀的表征。爆管后锅炉恢复运行开始对除氧器内溶解氧手动监测，监测结果表明溶解氧（≤0.10 mg/L）［9］合格率低于60%，说明除氧器氧腐蚀较明显，是埋管内存在沉积物的重要原因之一。

3.2 排污系统长期故障

锅炉排污系统主要分为连续排污和定期排污2个排污系统。连续排污主要目的是为了保持锅炉水中盐的浓度和碱的浓度恒定；定期排污的主要作用就是排除积聚在锅炉下部的水渣等软质沉淀物（积累的泥土、杂质、腐蚀产物和粘性物质［10］）。爆管前2台锅炉定期排污阀门长期故障排污不彻底，且运行人员未严格按照操作要求定期进行排污，导致锅炉内沉淀物日积月累，进而引起爆管。

4 防治对策

对于锅炉埋管爆管，主要因水质监管缺失而产生的埋管沉积物堵塞爆管。为防止考虑因水质差导致爆管，就必须要采用一些系统的方法全方位的控制各个方面的要素。然而，在实际控制工作进行的过程当中要想兼顾各个方面的内容实践起来有着相当的困难，采用单纯的技术无法使其得到全面的解决。因此在实际工作的过程当中，要全方位的结合各个方面的因素综合对其进行考虑，具体考虑以下措施。

4.1 加强锅炉水质监测

1）恢复锅炉水质在线监测系统和冷凝水回水水质，保证实时监测。恢复锅炉给水和锅炉水水质在线检测系统，保证锅炉给水硬度、总铁、浊度和溶氧在标准范围内；除保证锅炉水磷酸盐、碱度等关键指标可实时控制外［11］，还需增加硅酸盐（可能因锅炉外系统流入）指标在标准范围内。

2）加强水质管理。除上述恢复设备设施外，同时需加强水质管理。如对回水情况，应坚持冷凝水回水水质合格后方可回收的原则，对不合格回水考虑增加预处理系统后回收锅炉系统［12］。并且定期安排专业质检人员对锅炉水质进行定检与考核。保证水质指标处于精细化操作水平。

4.2 保证锅炉排污系统通畅

同时，需恢复锅炉排污系统自控阀门，保证锅炉各方位定期和连续排污，防止因炉内过多结垢物停留在系统内。

4.3 定期化学清洗

即使有完善的补给水处理工艺和合理的锅内水工况，仍然不可避免地会有杂质随给水进入系统。同时锅炉频繁停运期间会遭到腐蚀，腐蚀产物和杂质将会形成水垢［13］，影响锅炉水汽特性。则需根据锅炉情况在大修期间对锅炉水质循环系统进行酸洗和钝化。保证锅炉管的传热和流通［14］。

综上所述，保证锅炉正常运行对生产连续稳定有着非凡意义，其中加强锅炉系统水质监管和运行管理对防止锅炉系统发生爆管事件有着重要意义。