導(dǎo)語：電站鍋爐過熱器爆管原因分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

0前言

隨著我國(guó)電力工業(yè)建設(shè)的迅猛發(fā)展，各種類型的大容量火力發(fā)電機(jī)組不斷涌現(xiàn),鍋爐結(jié)構(gòu)及運(yùn)行更加趨于復(fù)雜,不可避免地導(dǎo)致并聯(lián)各管內(nèi)的流量與吸熱量發(fā)生差異。當(dāng)工作在惡劣條件下的承壓受熱部件的工作條件與設(shè)計(jì)工況偏離時(shí),就容易造成鍋爐爆管。

事實(shí)上，當(dāng)爆管發(fā)生時(shí)常采用所謂快速維修的方法，如噴涂或襯墊焊接來修復(fù)，一段時(shí)間后又再爆管。爆管在同一根管子、同一種材料或鍋爐的同一區(qū)域的相同斷面上反復(fù)發(fā)生，這一現(xiàn)象說明鍋爐爆管的根本問題還未被解決。因此，了解過熱器爆管事故的直接原因和根本原因，搞清管子失效的機(jī)理，并提出預(yù)防措施，減少過熱器爆管的發(fā)生是當(dāng)前的首要問題。

1過熱器爆管的直接原因

造成過熱器、再熱器爆管的直接原因有很多，主要可以從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行分析。

1.1設(shè)計(jì)因素

1.熱力計(jì)算結(jié)果與實(shí)際不符

熱力計(jì)算不準(zhǔn)的焦點(diǎn)在于爐膛的傳熱計(jì)算，即如何從理論計(jì)算上較合理的確定爐膛出口煙溫和屏式過熱器的傳熱系數(shù)缺乏經(jīng)驗(yàn)，致使過熱器受熱面的面積布置不夠恰當(dāng)，造成一、二次汽溫偏離設(shè)計(jì)值或受熱面超溫。

2.設(shè)計(jì)時(shí)選用系數(shù)不合理

如華能上安電廠由B&W公司設(shè)計(jì)、制造的“W”型鍋爐，選用了不合理的受熱面系數(shù)，使?fàn)t膛出口煙溫實(shí)測(cè)值比設(shè)計(jì)值高80～100℃；又如富拉爾基發(fā)電總廠2號(hào)爐(HG-670/140-6型)選用的鍋爐高寬比不合理，使?fàn)t膛出口實(shí)測(cè)煙溫高于設(shè)計(jì)值160℃。

3.爐膛選型不當(dāng)

我國(guó)大容量鍋爐的早期產(chǎn)品，除計(jì)算方法上存在問題外，缺乏根據(jù)燃料特性選擇爐膛尺寸的可靠依據(jù)，使設(shè)計(jì)出的爐膛不能適應(yīng)煤種多變的運(yùn)行條件。

爐膛結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)致過熱器超溫爆管。爐膛高度偏高，引起汽溫偏低。相反，爐膛高度偏低則引起超溫。

4.過熱器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受熱面布置不合理

調(diào)研結(jié)果表明，對(duì)于大容量電站鍋爐，過熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受熱面布置不合理，是導(dǎo)致一、二次汽溫偏離設(shè)計(jì)值或受熱面超溫爆管的主要原因之一。

過熱器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受熱面布置的不合理性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)過熱器管組的進(jìn)出口集箱的引入、引出方式布置不當(dāng)，使蒸汽在集箱中流動(dòng)時(shí)靜壓變化過大而造成較大的流量偏差。

(2)對(duì)于蒸汽由徑向引入進(jìn)口集箱的并聯(lián)管組，因進(jìn)口集箱與引入管的三通處形成局部渦流，使得該渦流區(qū)附近管組的流量較小，從而引起較大的流量偏差。引進(jìn)美國(guó)CE公司技術(shù)設(shè)計(jì)的配300MW和600MW機(jī)組的控制循環(huán)鍋爐屏再與末再之間不設(shè)中間混合集箱，屏再的各種偏差被帶到末級(jí)去，導(dǎo)致末級(jí)再熱器產(chǎn)生過大的熱偏差。如寶鋼自備電廠、華能福州和大連電廠配350MW機(jī)組鍋爐，石橫電廠配300MW機(jī)組鍋爐以及平坪電廠配600MW機(jī)組鍋爐再熱器超溫均與此有關(guān)。

(3)因同屏(片)并聯(lián)各管的結(jié)構(gòu)(如管長(zhǎng)、內(nèi)徑、彎頭數(shù))差異，引起各管的阻力系數(shù)相差較大，造成較大的同屏(片)流量偏差、結(jié)構(gòu)偏差和熱偏差，如陡河電廠日立850t/h鍋爐高溫過熱器超溫就是如此。

(4)過熱器或再熱器的前后級(jí)之間沒有布置中間混合聯(lián)箱而直接連接，或者未進(jìn)行左右交叉，這樣使得前后級(jí)的熱偏差相互疊加。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置的不合理性往往是幾種方式同時(shí)存在，這樣加劇了受熱面超溫爆管的發(fā)生。

5.壁溫計(jì)算方法不完善，導(dǎo)致材質(zhì)選用不當(dāng)

從原理上講，在對(duì)過熱器和再熱器受熱面作壁溫校核時(shí)，應(yīng)保證偏差管在最危險(xiǎn)點(diǎn)的壁溫也不超過所用材質(zhì)的許用溫度。而在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于對(duì)各種偏差的綜合影響往往未能充分計(jì)及，導(dǎo)致校核點(diǎn)計(jì)算壁溫比實(shí)際運(yùn)行低，或者校核點(diǎn)的選擇不合理，這樣選用的材質(zhì)就可能難以滿足實(shí)際運(yùn)行的要求，或高等級(jí)鋼材未能充分利用。

6.計(jì)算中沒有充分考慮熱偏差

如淮北電廠5號(hào)爐過熱器在后屏設(shè)計(jì)中沒有將前屏造成的偏差考慮進(jìn)去，影響了管材的正確使用，引起過熱器爆管。

1.2制造工藝、安裝及檢修質(zhì)量

從實(shí)際運(yùn)行狀況來看，由于制造廠工藝問題、現(xiàn)場(chǎng)安裝及電廠檢修質(zhì)量等原因而造成的過熱器和再熱器受熱面超溫爆管與泄漏事故也頗為常見，其主要問題包括以下幾個(gè)方面。

1.焊接質(zhì)量差

如大同電廠6號(hào)爐，在進(jìn)行鍋爐過熱器爆管后的換管補(bǔ)焊時(shí)，管子對(duì)口處發(fā)生錯(cuò)位，使管子焊接后存在較大的殘余應(yīng)力，管壁強(qiáng)度降低，長(zhǎng)期運(yùn)行后又發(fā)生泄漏。

2.聯(lián)箱中間隔板焊接問題

聯(lián)箱中間隔板在裝隔板時(shí)沒有按設(shè)計(jì)要求加以滿焊，引起聯(lián)箱中蒸汽短路，導(dǎo)致部分管子冷卻不良而爆管。

3.聯(lián)箱管座角焊縫問題

據(jù)調(diào)查，由于角焊縫未焊透等質(zhì)量問題引起的泄漏或爆管事故也相當(dāng)普遍。如神頭電廠5號(hào)爐(捷克650t/h亞臨界直流鍋爐)包墻過熱器出口聯(lián)箱至混合聯(lián)箱之間導(dǎo)汽管曾在水壓試驗(yàn)突然斷裂飛脫，主要原因是導(dǎo)汽管與聯(lián)箱連接的管角焊縫存在焊接冷裂紋。

4.異種鋼管的焊接間題

在過熱器和再熱器受熱面中，常采用奧氏體鋼材的零件作為管卡和夾板，也有用奧氏體管作為受熱面以提高安全裕度。奧氏體鋼與珠光體鋼焊接時(shí)，由于膨脹系數(shù)相差懸殊，已發(fā)生過數(shù)次受熱面管子撕裂事故。

此外，一種鋼管焊接時(shí)往往有接頭兩邊壁厚不等的問題，不同壁厚主蒸汽管的焊接接頭損壞事故也多次發(fā)生。一些廠家認(rèn)為，在這種情況下應(yīng)考慮采用短節(jié)，以保證焊接接頭兩側(cè)及其熱影響區(qū)范圍內(nèi)壁厚不變。

5.普通焊口質(zhì)量問題

鍋爐的受熱面絕大多數(shù)是受壓元件，尤其是過熱器和再熱器系統(tǒng)，其管內(nèi)工質(zhì)的溫度和壓力均很高，工作狀況較差，此時(shí)對(duì)于焊口質(zhì)量的要求就尤為嚴(yán)格。但在實(shí)際運(yùn)行中，由于制造廠焊口、安裝焊口和電廠檢修焊口質(zhì)量不合格(如焊口毛刺、砂眼等)而引起的爆管、泄漏事故相當(dāng)普遍，其后果也相當(dāng)嚴(yán)重。

6.管子彎頭橢圓度和管壁減薄問題

GB9222-88水管鍋爐受壓無件強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了彎頭的橢圓度，同時(shí)考慮了彎管減薄所需的附加厚度。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)彎管半徑R>4D的彎頭，彎管橢圓度不大于8%。但實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)往往大于此值，最大達(dá)21%，有相當(dāng)一部分彎頭的橢圓度在9%～12%之間。

另外，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，有不少管子彎頭的減薄量達(dá)23%～28%，小于直管的最小需要壁厚。因此，希望對(duì)彎管工藝加以適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，以降低橢圓度和彎管減薄量，或者增加彎頭的壁厚。

7.異物堵塞管路

鍋爐在長(zhǎng)期運(yùn)行中，銹蝕量較大，但因管徑小，無法徹底清除，管內(nèi)銹蝕物沉積在管子底部水平段或彎頭處，造成過熱而爆管。在過熱器的爆管事故中，由干管內(nèi)存在制造、安裝或檢修遺留物引起的事故也占相當(dāng)?shù)谋壤?。如長(zhǎng)春熱電二廠1號(hào)爐因管路堵塞造成短時(shí)超溫爆管。

8.管材質(zhì)量問題

鋼材質(zhì)量差。管子本身存在分層、夾渣等缺陷，運(yùn)行時(shí)受溫度和應(yīng)力影響缺陷擴(kuò)大而爆管。由于管材本身的質(zhì)量不合格造成的爆破事故不像前述幾個(gè)問題那么普遍，但在運(yùn)行中也確實(shí)存在。

9.錯(cuò)用鋼材

如靖遠(yuǎn)電廠4號(hào)爐的制造、維修過程中，應(yīng)該用合金鋼的高溫過熱器出口聯(lián)箱管座錯(cuò)用碳鋼，使碳鋼管座長(zhǎng)期過熱爆破。為此，在制造廠制造加工和電廠檢修時(shí)應(yīng)注意嚴(yán)格檢查管材的質(zhì)量，加以避免。

10.安裝質(zhì)量問題

如揚(yáng)州發(fā)電廠DG-670/140-8型固態(tài)排渣煤粉爐的包墻過熱器未按照?qǐng)D紙要求施工，使管子排列、固定和膨脹間隙出現(xiàn)問題，從而導(dǎo)致爆管。這類問題在機(jī)組試運(yùn)行期間更為多見。

1.3調(diào)溫裝置設(shè)計(jì)不合理或不能正常工作

為確保鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，除設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)力求準(zhǔn)確外，汽溫調(diào)節(jié)也是很重要的一環(huán)。大容量電站鍋爐的汽溫調(diào)節(jié)方式較多，在實(shí)際運(yùn)行中，由于調(diào)溫裝置原因帶來的問題也較多，據(jù)有關(guān)部門調(diào)查，配200MW機(jī)組的鍋爐80%以上的再熱蒸汽調(diào)溫裝置不能正常使用。

1.減溫水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理

某些鍋爐在噴水減溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，往往用一只噴水調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)一級(jí)噴水的總量，然后將噴水分別左右兩個(gè)回路。這時(shí)，當(dāng)左右側(cè)的燃燒工況或汽溫有較大偏差時(shí)，就無法用調(diào)整左右側(cè)噴水量來平衡兩側(cè)的汽溫。

2.噴水減溫器容量不合適

噴水式減溫器一般設(shè)計(jì)噴水量約為鍋爐額定蒸發(fā)量的3%～5%，但配200MW機(jī)組的鍋爐由于其汽溫偏離設(shè)計(jì)值問題比較突出，許多電廠均發(fā)現(xiàn)噴水減溫器容量不夠。如：邢臺(tái)電廠、沙角A電廠和通遼電廠等都將原減溫水管口放大，以滿足調(diào)溫需要；對(duì)再熱蒸汽，由于大量噴水對(duì)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性影響較大，故設(shè)計(jì)時(shí)再熱蒸汽的微量噴水一般都很小，或不用噴水。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，因再熱器超溫，有些電廠不得不用加大噴水量來解決。

3.噴水減溫器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)性能問題

噴水減溫器的噴水調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能也是影響減溫系統(tǒng)調(diào)溫效果的因素之一。調(diào)研結(jié)果表明，許多國(guó)產(chǎn)閥門的調(diào)節(jié)性能比較差，且漏流嚴(yán)重，這在一定程度上影響了機(jī)組的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

4.減溫器發(fā)生故障

如巴陵石化公司動(dòng)力廠5號(hào)爐，將減溫器I級(jí)調(diào)節(jié)閥固定，用II級(jí)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。因起主調(diào)作用的I級(jí)減溫器減溫水投入少，冷卻屏式過熱器、高溫過熱器的效果差，增加過熱器超溫的可能。

5.再熱器調(diào)節(jié)受熱面

所謂再熱器調(diào)節(jié)受熱面是指用改變通過的蒸汽量來改變?cè)贌嵴羝奈鼰崃浚瑥亩_(dá)到調(diào)節(jié)再熱汽溫的一種附加受熱面。蘇制Efl670/140型鍋爐的再熱汽溫的調(diào)節(jié)就是利用這一裝置實(shí)現(xiàn)的。但是由于運(yùn)行時(shí)蒸汽的重量流速低于設(shè)計(jì)值，而鍋爐負(fù)荷則高于設(shè)計(jì)值，因而馬頭電廠5,6號(hào)爐都曾發(fā)生再熱器調(diào)節(jié)受熱面管子過熱超溫事故，后經(jīng)減少調(diào)節(jié)受熱面面積和流通截面積，才解決了過熱問題。

6.擋板調(diào)溫裝置

采用煙氣擋板調(diào)溫裝置的鍋爐再熱蒸汽溫度問題要好于采用汽——汽熱交換器的鍋爐。擋板調(diào)溫可改變煙氣量的分配，較適合純對(duì)流傳熱的再熱蒸汽調(diào)溫，但在煙氣擋板的實(shí)際應(yīng)用中也存在一些問題：

(1)擋板開啟不太靈活，有的電廠出現(xiàn)銹死現(xiàn)象；

(2)再熱器側(cè)和過熱器側(cè)擋板開度較難匹配，擋板的最佳工作點(diǎn)也不易控制，運(yùn)行人員操作不便，往往只要主蒸汽溫度滿足就不再調(diào)節(jié)。有些電廠還反映用調(diào)節(jié)擋板時(shí)，汽溫變化滯后較為嚴(yán)重。

7.煙氣再循環(huán)

煙氣再循環(huán)是將省煤器后溫度為250～350℃的一部分煙氣，通過再循環(huán)風(fēng)機(jī)送入爐膛，改變輻射受熱面與對(duì)流受熱面的吸熱量比例，以調(diào)節(jié)汽溫。

采用這種調(diào)溫方式能夠降低和均勻爐膛出口煙溫，防止對(duì)流過熱器結(jié)渣及減小熱偏差，保護(hù)屏式過熱器及高溫對(duì)流過熱器的安全。一般在鍋爐低負(fù)荷時(shí)，從爐膛下部送入，起調(diào)溫作用；在高負(fù)荷時(shí)，從爐膛上部送入，起保護(hù)高溫對(duì)流受熱面的作用。此外，還可利用煙氣再循環(huán)降低爐膛的熱負(fù)荷，防止管內(nèi)沸騰傳熱惡化的發(fā)生，并能抑制煙氣中NOx的形成，減輕對(duì)大氣的污染。但是，由于這種方式需要增加工作于高煙溫的再循環(huán)風(fēng)機(jī)，要消耗一定的能量，且因目前再循環(huán)風(fēng)機(jī)的防腐和防磨問題遠(yuǎn)未得到解決，因而限制了煙氣再循環(huán)的應(yīng)用。此外，采用煙氣再循環(huán)后，對(duì)爐膛內(nèi)煙氣動(dòng)力場(chǎng)及燃燒的影響究竟如何也有待于進(jìn)一步研究。

因此，從原理上將煙氣再循環(huán)是一種較理想的調(diào)溫手段，對(duì)于大型電站鍋爐的運(yùn)行是十分有利的。但因種種原因，實(shí)際運(yùn)行時(shí)極少有電廠采用。

8.火焰中心的調(diào)節(jié)

改變爐膛火焰中心位置可以增加或減少爐膛受熱面的吸熱量和改變爐膛出口煙氣溫度，因而可以調(diào)節(jié)過熱器汽溫和再熱器汽溫。但要在運(yùn)行中控制爐膛出口煙溫，必須組織好爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)，根據(jù)鍋爐負(fù)荷和燃料的變化，合理選擇燃燒器的運(yùn)行方式。按燃燒器形式的不同，改變火焰中心位置的方法一般分為兩類：擺動(dòng)式燃燒器和多層燃燒器。擺動(dòng)式燃燒器多用于四角布置的鍋爐中。在配300MW和600MW機(jī)組的鍋爐中應(yīng)用尤為普遍。試驗(yàn)表明，燃燒器噴嘴傾角的變化對(duì)再熱器溫和過熱器溫都有很大的影響，當(dāng)采用多層燃燒器時(shí)，火焰位置改變可以通過停用一層燃燒器或調(diào)節(jié)上下一、二次風(fēng)的配比來實(shí)現(xiàn)，如停用下排燃燒器可使火焰位置提高。遺憾的是，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)效果不甚理想。

1.4運(yùn)行狀況對(duì)過熱器超溫、爆管的影響

過熱器調(diào)溫裝置的設(shè)計(jì)和布置固然對(duì)于過熱器系統(tǒng)的可靠運(yùn)行起著決定性的作用，但是，鍋爐及其相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀況也會(huì)對(duì)此造成很大的影響，而后者又往往受到眾多因素的綜合影響。因此，如何確保鍋爐在理想工況下運(yùn)行是一個(gè)有待深入研究的問題。

1.蒸汽品質(zhì)不良，引起管內(nèi)結(jié)垢嚴(yán)重，導(dǎo)致管壁過熱爆管

如鎮(zhèn)海發(fā)電廠6號(hào)爐(DG-670/140-8)曾因這類問題引起7次爆管。

2.爐內(nèi)燃燒工況

隨著鍋爐容量的增大，爐內(nèi)燃燒及氣流情況對(duì)過熱器和再熱器系統(tǒng)的影響就相應(yīng)增大。如果運(yùn)行中爐內(nèi)煙氣動(dòng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)出現(xiàn)偏斜，則沿爐膛寬度和深度方向的煙溫偏差就會(huì)增加，從而使水平煙道受熱面沿高度和寬度方向以及尾部豎井受熱面沿寬度和深度方向上的煙溫和煙速偏差都相應(yīng)增大；而運(yùn)行中一次風(fēng)率的提高，有可能造成燃燒延遲，爐膛出口煙溫升高。如美國(guó)CE公司習(xí)慣采用，也是我國(guó)大容量鍋爐中應(yīng)用最廣泛的四角布置切圓燃燒技術(shù)常常出現(xiàn)爐膛出口較大的煙溫或煙速偏差，爐內(nèi)煙氣右旋時(shí)，右側(cè)煙溫高；左旋時(shí)左側(cè)煙溫高。有時(shí)，兩側(cè)的煙溫偏差還相當(dāng)大(石橫電廠6號(hào)1025t/h爐最大時(shí)曾達(dá)250℃)，因而引起較大的汽溫偏差。

3.高壓加熱器投人率低

我國(guó)大容量機(jī)組的高壓加熱器投入率普遍較低，有的機(jī)組高加長(zhǎng)期停運(yùn)。對(duì)于200MW機(jī)組，高壓加熱器投與不投影響給水溫度80℃左右。計(jì)算及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，給水溫度每降低1℃，過熱蒸汽溫度上升0.4～0.5℃。因此，高加停運(yùn)時(shí)，汽溫將升高32～40℃?？梢娊o水溫度變化對(duì)蒸汽溫度影響之大。

4.煤種的差異

我國(guó)大容量鍋爐絕大部分處于非設(shè)計(jì)煤種下運(yùn)行，主要表現(xiàn)在實(shí)際用煤與設(shè)計(jì)煤種不符、煤種多變和煤質(zhì)下降等。燃燒煤種偏離設(shè)計(jì)煤種，使著火點(diǎn)延遲，火焰中心上移，當(dāng)爐膛高度不足，過熱器就會(huì)過熱爆管。

燃料成分對(duì)汽溫的影響是復(fù)雜的。一般說來，直接影響燃燒穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的主要因素是燃料的低位發(fā)熱量和揮發(fā)份、水分等。此外，灰熔點(diǎn)及煤灰組份與爐膛結(jié)焦和受熱面沾污的關(guān)系極為密切。當(dāng)燃料熱值提高時(shí)，由于理論燃燒溫度和爐膛出口煙溫升高，可能導(dǎo)致爐膛結(jié)焦，過熱器和再熱器超溫。當(dāng)灰份增加時(shí)，會(huì)使燃燒惡化，燃燒過程延遲，火焰溫度下降，一般，燃料中灰份越多，在實(shí)際運(yùn)行中汽溫下降幅度越大。另外，灰份增加，還會(huì)使受熱面磨損和沾污加??；揮發(fā)份增大時(shí)，燃燒過程加快，蒸發(fā)受熱面的吸熱量增加，因而汽溫呈下降趨勢(shì)。當(dāng)水分增加時(shí)，如燃料量不變，則煙溫降低，煙氣體積增加，最終使汽溫上升。據(jù)有關(guān)部門計(jì)算：水分增加1%，過熱器出口蒸汽溫度升高約1℃左右。

5.受熱面沾污

國(guó)產(chǎn)大容量鍋爐有的不裝吹灰器(前期產(chǎn)品)，或有吹灰器不能正常投用，往往造成爐膛和過熱器受熱面積灰，特別在燃用高灰份的燃料時(shí)，容易造成爐膛結(jié)焦，使過熱器超溫。對(duì)于汽溫偏低的鍋爐，如過熱器積灰，將使汽溫愈加偏低。因此，吹灰器能否正常投用，對(duì)鍋爐安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有一定影響。

6.磨損與腐蝕

鍋爐燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙氣中帶有大量灰粒，灰粒隨煙氣沖刷受熱面管子時(shí)，因灰粒的沖擊和切削作用對(duì)受熱面管子產(chǎn)生磨損，在燃用發(fā)熱量低而灰分高的燃料時(shí)更為嚴(yán)重。當(dāng)燃用含有一定量硫、鈉和鉀等化合物的燃料時(shí)，在550～700℃的金屬管壁上還會(huì)發(fā)生高溫腐蝕，當(dāng)火焰沖刷水冷壁時(shí)也會(huì)發(fā)生；此外，當(dāng)煙氣中存在SO2和SO3且受熱面壁溫低于煙氣露點(diǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生受熱面低溫腐蝕。在過熱器與再熱器受熱面中易發(fā)生的主要是高溫腐蝕。

受熱面管子磨損程度在同一煙道截面和同一管子圓周都是不同的。對(duì)于過熱器和再熱器系統(tǒng)出現(xiàn)磨損的常常是布置于尾部豎井的低溫受熱面。一般靠近豎井后墻處的蛇行管磨損嚴(yán)重，當(dāng)設(shè)計(jì)煙速過高或由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理存在煙氣走廊時(shí)，易導(dǎo)致局部區(qū)域的受熱面管子的磨損。鍋爐受熱面的高溫腐蝕發(fā)生于煙溫大于700℃的區(qū)域內(nèi)。當(dāng)燃用K,Na,S等成分含量較多的煤時(shí)，灰垢中K2S04和Na2S04；在含有SO2的煙氣中會(huì)與管子表面氧化鐵作用形成堿金屬復(fù)合硫酸鹽K2Fe(S04)及Na5Fe(S04)5，這種復(fù)合硫酸鹽在550～710℃范圍內(nèi)熔化成液態(tài)，具有強(qiáng)烈腐蝕性，在壁溫600～700℃時(shí)腐蝕最嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查，導(dǎo)致受熱面高溫腐蝕的主要原因是爐內(nèi)燃燒不良和煙氣動(dòng)力場(chǎng)不合理，控制管壁溫度是減輕和防止過熱器和再熱器外部腐蝕的主要方法。因而，目前國(guó)內(nèi)對(duì)高壓、超高壓和亞臨界壓力機(jī)組，鍋爐過熱蒸汽溫度趨向于定為540℃，在設(shè)計(jì)布置過熱器時(shí)，則盡量避免其蒸汽出口段布置于煙溫過高處。

管間振動(dòng)磨損。如耒陽電廠1號(hào)爐，固定件與過熱器管屏間的連接焊縫燒裂，管屏發(fā)生振動(dòng)，固定件與管屏內(nèi)圈發(fā)生摩擦，使管壁磨損減薄，在內(nèi)壓力的作用下發(fā)生爆管。

管內(nèi)壁積垢、外壁氧化。如洛河電廠2號(hào)爐管內(nèi)壁結(jié)垢0.7mm，使過熱器壁溫升高20～30℃；外壁氧化皮1.0mm，又使管壁減薄，因此爆管頻繁。

7.超期服役

如黃臺(tái)2號(hào)爐過熱器管己運(yùn)行23萬h以上，管材球化、氧化嚴(yán)重，已出現(xiàn)蠕變裂紋，如不及時(shí)更換，遲早會(huì)發(fā)生爆管。

8.運(yùn)行管理

在實(shí)際運(yùn)行中，由于運(yùn)行人員誤操作及檢修時(shí)未按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行或未達(dá)到有關(guān)要求而導(dǎo)致過熱器或再熱器受熱面爆管的事故也時(shí)有發(fā)生。

運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)。如渾江發(fā)電廠3號(hào)爐，過熱器使用的材質(zhì)基本都工作在材質(zhì)允許的極限溫度中，在運(yùn)行工況發(fā)生變化時(shí)調(diào)整不當(dāng)，發(fā)生瞬時(shí)超溫爆管。

2過熱器爆管的根本原因及對(duì)策

二十世紀(jì)八十年代初，美國(guó)電力研究院經(jīng)過長(zhǎng)期大量研究，把鍋爐爆管機(jī)理分成六大類，共22種。在22種鍋爐爆管機(jī)理中，有7種受到循環(huán)化學(xué)劑的影響，12種受到動(dòng)力裝置維護(hù)行為的影響。我國(guó)學(xué)者結(jié)合我國(guó)電站鍋爐過熱器爆管事故做了大量研究，把電站鍋爐過熱器爆管歸納為以下九種不同的機(jī)理。

2.1長(zhǎng)期過熱

1.失效機(jī)理

長(zhǎng)期過熱是指管壁溫度長(zhǎng)期處于設(shè)計(jì)溫度以上而低于材料的下臨界溫度，超溫幅度不大但時(shí)間較長(zhǎng)，鍋爐管子發(fā)生碳化物球化，管壁氧化減薄，持久強(qiáng)度下降，蠕變速度加快，使管徑均勻脹粗，最后在管子的最薄弱部位導(dǎo)致脆裂的爆管現(xiàn)象。這樣，管子的使用壽命便短于設(shè)計(jì)使用壽命。超溫程度越高，壽命越短。在正常狀態(tài)下，長(zhǎng)期超溫爆管主要發(fā)生在高溫過熱器的外圈和高溫再熱器的向火面。在不正常運(yùn)行狀態(tài)下，低溫過熱器、低溫再熱器的向火面均可能發(fā)生長(zhǎng)期超溫爆管。長(zhǎng)時(shí)超溫爆管根據(jù)工作應(yīng)力水平可分為三種：高溫蠕變型、應(yīng)力氧化裂紋型、氧化減薄型。

2.產(chǎn)生失效的原因

(1)管內(nèi)汽水流量分配不均；

(2)爐內(nèi)局部熱負(fù)荷偏高；

(3)管子內(nèi)部結(jié)垢；

(4)異物堵塞管子；

(5)錯(cuò)用材料；

(6)最初設(shè)計(jì)不合理。

3.故障位置

(1)高溫蠕變型和應(yīng)力氧化裂紋型主要發(fā)生在高溫過熱器的外圈的向火面；在不正常的情況下，低溫過熱器也可能發(fā)生；

(2)氧化減薄型主要發(fā)生在再熱器中。

4.爆口特征

長(zhǎng)期過熱爆管的破口形貌，具有蠕變斷裂的一般特性。管子破口呈脆性斷口特征。爆口粗糙，邊緣為不平整的鈍邊，爆口處管壁厚度減薄不多。管壁發(fā)生蠕脹，管徑脹粗情況與管子材料有關(guān)，碳鋼管徑脹粗較大。20號(hào)鋼高壓鍋爐低溫過熱器管破裂，最大脹粗值達(dá)管徑的15%，而12CrMoV鋼高溫過熱器管破裂只有管徑5%左右的脹粗。

(1)高溫蠕變型

a.管子的蠕脹量明顯超過金屬監(jiān)督的規(guī)定值，爆口邊緣較鈍；

b.爆口周圍氧化皮有密集的縱向裂紋，內(nèi)外壁氧化皮比短時(shí)超溫爆管厚，超溫程度越低，時(shí)間越長(zhǎng)，則氧化皮越厚和氧化皮的縱向裂紋分布的范圍也越廣；

c.在爆口周圍的較大范圍內(nèi)存在著蠕變空洞和微裂紋；

d.向火側(cè)管子表面已完全球化；

e.彎頭處的組織可能發(fā)生再結(jié)晶；

f.向火側(cè)和背火側(cè)的碳化物球化程度差別較大，一般向火側(cè)的碳化物己完全球化。

(2)應(yīng)力氧化裂紋型

a.管子的蠕脹量接近或低于金屬監(jiān)督的規(guī)定值，爆口邊緣較鈍，呈典型的厚唇狀；

b.靠近爆口的向火側(cè)外壁氧化層上存在著多條縱向裂紋，分布范圍可達(dá)整個(gè)向火側(cè)。內(nèi)外壁氧化皮比短時(shí)超溫爆管時(shí)的氧化皮厚；

c.縱向應(yīng)力氧化裂紋從外壁向內(nèi)壁擴(kuò)展，裂紋尖端可能有少量空洞；

d.向火側(cè)和背火側(cè)均發(fā)生嚴(yán)重球化現(xiàn)象，并且管材的強(qiáng)度和硬度下降；

e.管子內(nèi)壁和外壁的氧化皮發(fā)生分層；

f.燃燒產(chǎn)物中的S、Cl、Mn、Ca等元素在外壁氧化層沉積和富集。

(3)氧化減薄型

a.管子向火側(cè)、背火側(cè)的內(nèi)外壁均產(chǎn)生厚度可達(dá)1.0～1.5mm的氧化皮；

b.管壁嚴(yán)重減薄，僅為原壁厚的1/3～l/8；

c.內(nèi)、外壁氧化皮均分層，為均勻氧化。內(nèi)壁氧化皮的內(nèi)層呈環(huán)狀條紋；

d.向火側(cè)組織己經(jīng)完全球化，背火側(cè)組織球化嚴(yán)重，并且強(qiáng)度和硬度下降；

e.燃燒產(chǎn)物中的S、Cl、Mn、Ca等元素在外壁氧化層沉積和富集，促進(jìn)外壁氧化。

5.防止措施

對(duì)高溫蠕變型可通過改進(jìn)受熱面、使介質(zhì)流量分配合理；改善爐內(nèi)燃燒、防止燃燒中心偏高；進(jìn)行化學(xué)清洗，去除異物、沉積物等方法預(yù)防。對(duì)應(yīng)力氧化裂紋型因管子壽命已接近設(shè)計(jì)壽命，可將損壞的管子予以更換。對(duì)氧化減薄型應(yīng)完善過熱器的保護(hù)措施。

2.2短期過熱

1.失效機(jī)理

短期過熱是指當(dāng)管壁溫度超過材料的下臨界溫度時(shí)，材料強(qiáng)度明顯下降，在內(nèi)壓力作用下，發(fā)生脹粗和爆管現(xiàn)象。

2.產(chǎn)生失效的原因

(1)過熱器管內(nèi)工質(zhì)的流量分配不均勻，在流量較小的管子內(nèi)，工質(zhì)對(duì)管壁的冷卻能力較差，使管壁溫度升高，造成管壁超溫；

(2)爐內(nèi)局部熱負(fù)荷過高(或燃燒中心偏離)，使附近管壁溫度超過設(shè)計(jì)的允許值；

(3)過熱器管子內(nèi)部嚴(yán)重結(jié)垢，造成管壁溫度超溫；

(4)異物堵塞管子，使過熱器管得不到有效的冷卻；

(5)錯(cuò)用鋼材。錯(cuò)用低級(jí)鋼材也會(huì)造成短期過熱，隨著溫度升高，低級(jí)鋼材的許用應(yīng)力迅速降低，強(qiáng)度不足而使管子爆破；

(6)管子內(nèi)壁的氧化垢剝落而使下彎頭處堵塞；

(7)在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，投入減溫水不當(dāng)，噴入過量，造成管內(nèi)水塞，從而引起局部過熱；

(8)爐內(nèi)煙氣溫度失常。

3.故障位置

常發(fā)生在過熱器的向火面直接和火焰接觸及直接受輻射熱的受熱面管子上。

4.爆口形狀

(1)爆口塑性變形大，管徑有明顯脹粗，管壁減薄呈刀刃狀；

(2)一般情況下爆口較大，呈喇叭狀；

(3)爆口呈典型的薄唇形爆破；

(4)爆口的微觀為韌窩(斷口由許多凹坑構(gòu)成)；

(5)爆口周圍管子材料的硬度顯著升高；

(6)爆口周圍內(nèi)、外壁氧化皮的厚度，取決于短時(shí)超溫爆管前長(zhǎng)時(shí)超溫的程度，長(zhǎng)時(shí)超溫程度越嚴(yán)重，氧化皮越厚。

5.防止措施

預(yù)防短期過熱的方法有改進(jìn)受熱面，使介質(zhì)流量分配合理；穩(wěn)定運(yùn)行工況，改善爐內(nèi)燃燒，防止燃燒中心偏離;進(jìn)行化學(xué)清洗；去除異物、沉積物；防止錯(cuò)用鋼材：發(fā)現(xiàn)錯(cuò)用及時(shí)采取措施。

2.3磨損

1.失效機(jī)理

包括飛灰磨損、落渣磨損、吹灰磨損和煤粒磨損。以飛灰磨損為例進(jìn)行分析。飛灰磨損是指飛灰中夾帶Si02,Fe03,Al2O3等硬顆粒高速?zèng)_刷管子表面，使管壁減薄爆管。

2.產(chǎn)生失效的原因

(1)燃煤鍋爐飛灰中夾帶硬顆粒；

(2)煙速過高或管子的局部煙氣速度過高(如積灰時(shí)煙氣通道變小，提高了煙氣流動(dòng)速度；

(3)煙氣含灰濃度分布不均，局部灰濃度過高。

3.故障位置

常發(fā)生在過熱器煙氣入口處的彎頭、出列管子和橫向節(jié)距不均勻的管子上。

4.爆口特征

(1)斷口處管壁減薄，呈刀刃狀；

(2)磨損表面平滑，呈灰色；

(3)金相組織不變化，管徑一般不脹粗。

5.防止措施

通常采用減少飛灰撞擊管子的數(shù)量、速度或增加管子的抗磨性來防止飛灰磨損，如：通過加屏等方法改變流動(dòng)方向和速度場(chǎng)；加設(shè)裝爐內(nèi)除塵裝置；杜絕局部煙速過高；在易磨損管子表面加裝防磨蓋板。還應(yīng)選用適于煤種的爐型、改善煤粉細(xì)度、調(diào)整好燃燒、保證燃燒完全。

2.4腐蝕疲勞(或汽側(cè)的氧腐蝕)

1.失效機(jī)理

腐蝕疲勞主要是因?yàn)樗幕瘜W(xué)性質(zhì)所引起的，水中氧含量和pH值是影響腐蝕疲勞的主要因素。管內(nèi)的介質(zhì)由于氧的去極化作用，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，在管內(nèi)的鈍化膜破裂處發(fā)生點(diǎn)蝕形成腐蝕介質(zhì)，在腐蝕介質(zhì)和循環(huán)應(yīng)力(包括啟停和振動(dòng)引起的內(nèi)應(yīng)力)的共同作用下造成腐蝕疲勞爆管。

2.產(chǎn)生失效的原因

(1)彎頭的應(yīng)力集中，促使點(diǎn)蝕產(chǎn)生；

(2)彎頭處受到熱沖擊，使彎頭內(nèi)壁中性區(qū)產(chǎn)生疲勞裂紋；

(3)下彎頭在停爐時(shí)積水；

(4)管內(nèi)介質(zhì)中含有少量堿或游離的二氧化碳；

(5)裝置啟動(dòng)及化學(xué)清洗次數(shù)過多。

3.故障位置

常發(fā)生在水側(cè)，然后擴(kuò)展到外表面。過熱器的管彎頭內(nèi)壁產(chǎn)生點(diǎn)狀或坑狀腐蝕，主要在停爐時(shí)產(chǎn)生腐蝕疲勞。

4.爆口特征

(1)在過熱器的管內(nèi)壁產(chǎn)生點(diǎn)狀或坑狀腐蝕，典型的腐蝕形狀為貝殼狀；

(2)運(yùn)行時(shí)腐蝕疲勞的產(chǎn)物為黑色磁性氧化鐵，與金屬結(jié)合牢固;停爐時(shí)，腐蝕疲勞的產(chǎn)物為磚紅色氧化鐵；

(3)點(diǎn)狀和坑狀腐蝕區(qū)的金屬組織不發(fā)生變化；

(4)腐蝕坑沿管軸方向發(fā)展，裂紋是橫斷面開裂，相對(duì)寬而鈍，裂縫處有氧化皮。

5.防止措施

防止氧腐蝕應(yīng)注意停爐保護(hù);新爐起用時(shí)，應(yīng)進(jìn)行化學(xué)清洗，去除鐵銹和臟物，在內(nèi)壁形成一層均勻的保護(hù)膜；運(yùn)行中使水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)減小PH值或增加鍋爐中氯化物和硫酸鹽的含量。

2.5應(yīng)力腐蝕裂紋

1.失效機(jī)理

這是指在介質(zhì)含氯離子和高溫條件下，由于靜態(tài)拉應(yīng)力或殘余應(yīng)力作用產(chǎn)生的管子破裂現(xiàn)象。

2.產(chǎn)生失效的原因

(1)介質(zhì)中含氯離子、高溫環(huán)境和受高拉應(yīng)力，這是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的三個(gè)基本條件；

(2)在濕空氣的作用下，也會(huì)造成應(yīng)力腐蝕裂紋；

(3)啟動(dòng)和停爐時(shí)，可能有含氯和氧的水團(tuán)進(jìn)入鋼管；

(4)加工和焊接引起的殘余應(yīng)力引起的熱應(yīng)力。

3.故障位置

常發(fā)生在過熱器的高溫區(qū)管和取樣管。

4.爆口特征

(1)爆口為脆性形貌，一般為穿晶應(yīng)力腐蝕斷口；

(2)爆口上可能會(huì)有腐蝕介質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物；

(3)裂紋具有樹枝狀的分叉特點(diǎn)，裂紋從蝕處產(chǎn)生，裂源較多。

5.防止措施

防止應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)注意去除管子的殘余應(yīng)力；加強(qiáng)安裝期的保護(hù)，注意停爐時(shí)的防腐；防止凝汽器泄漏，降低蒸汽中的氯離子和氧的含量。

2.6熱疲勞

1.失效機(jī)理

熱疲勞是指爐管因鍋爐啟停引起的熱應(yīng)力、汽膜的反復(fù)出現(xiàn)和消失引起的熱應(yīng)力和由振動(dòng)引起的交變應(yīng)力作用而發(fā)生的疲勞損壞。

2.產(chǎn)生失效的原因

(1)煙氣中的S、Na、V、Cl等物質(zhì)促進(jìn)腐蝕疲勞損壞；

(2)爐膛使用水吹灰，管壁溫度急劇變化，產(chǎn)生熱沖擊；

(3)超溫導(dǎo)致管材的疲勞強(qiáng)度嚴(yán)重下降；

(4)按基本負(fù)荷設(shè)計(jì)的機(jī)組改變?yōu)檎{(diào)峰運(yùn)行。

3.故障位置

常發(fā)生在過熱器高熱流區(qū)域的管子外表面。

4.防止措施

防止熱疲勞產(chǎn)生的措施有改變交變應(yīng)力集中區(qū)域的部件結(jié)構(gòu)；改變運(yùn)行參數(shù)以減少壓力和溫度梯度的變化幅度；設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮間歇運(yùn)行造成的熱脹冷縮；避免運(yùn)行時(shí)機(jī)械振動(dòng)；調(diào)整管屏間的流量分配，減少熱偏差和相鄰管壁的溫度；適當(dāng)提高吹灰介質(zhì)的溫度，降低熱沖擊。

V2O5和Na2S04等低熔點(diǎn)化合物破壞管子外表面的氧化保護(hù)層，與金屬部件相互作用，在界面上生成新的松散結(jié)構(gòu)的氧化物，使管壁減薄，導(dǎo)致爆管。

2.產(chǎn)生失效的原因

(1)燃料中含有V、Na和S等低熔點(diǎn)化合物；

(2)局部煙溫過高，腐蝕性的低熔點(diǎn)化合物粘附在金屬表面，導(dǎo)致高溫腐蝕；

(3)腐蝕區(qū)內(nèi)的覆蓋物、煙氣中的還原性氣體和煙氣的直接沖刷，將促進(jìn)高溫腐蝕的產(chǎn)生。

3.故障位置

高溫腐蝕常發(fā)生在過熱器及吊掛和定位零件的向火側(cè)外表面。

4爆口特征

(l)裂紋萌生于管子外壁，斷口為脆性厚唇式；

(2)沿縱向開裂，在相當(dāng)于時(shí)鐘面10點(diǎn)和2點(diǎn)處有淺溝槽腐蝕坑，呈鼠啃狀；

(3)外壁有明顯減薄，但不均勻，無明顯脹粗；

(4)外壁有氧化垢，呈鱷魚皮花樣，垢中含黃色、白色、褐色產(chǎn)物，垢較疏松，為熔融狀沉積物，最內(nèi)層氧化物為硬而脆的黑灰色。

5.防止措施

防止高溫腐蝕的方法有控制局部煙溫，防止低熔點(diǎn)腐蝕性化合物貼附在金屬表面上；使煙氣流程合理，盡量減少熱偏差；在燃煤鍋爐中加入CaSO4和MgSO4等附加劑；易發(fā)生高溫腐蝕的區(qū)域采用表面防護(hù)層或設(shè)置擋板;除去管子表面的附著物。

2.8異種金屬焊接

1.失效機(jī)理及原因

焊接接頭處因兩種金屬的蠕變強(qiáng)度不匹配，以及焊縫界面附近的碳近移，使異種金屬焊接界面斷裂失效。其中，兩種金屬的蠕變強(qiáng)度相差極大是異種金屬焊接早期失效的主要原因。

2.故障位置

常發(fā)生在過熱器出口兩種金屬的焊接接頭處，當(dāng)焊縫的蠕變強(qiáng)度相當(dāng)于其中一種金屬的蠕變強(qiáng)度時(shí)，斷裂發(fā)生在另一種金屬的焊縫界面上。

3.防止措施

穩(wěn)定運(yùn)行是減少異種金屬焊接失效最關(guān)鍵的因素；當(dāng)兩種金屬焊接時(shí)，在其中加入具有中間蠕變強(qiáng)度的過渡段，使焊縫界面兩側(cè)蠕變強(qiáng)度差值明顯減少；在過渡段的兩側(cè)選用性質(zhì)不同的焊條，使其分別與兩種金屬的性質(zhì)相匹配。

2.9質(zhì)量控制失誤

質(zhì)量控制失誤是指在制造、安裝、運(yùn)行中由于外界失誤的因素所造成的損壞。質(zhì)量控制失誤的原因有：維修損傷；化學(xué)清理損傷；管材缺陷(管材金屬不合格或錯(cuò)用管材)；焊接缺陷等。加強(qiáng)電廠運(yùn)行、檢修及各種制度的管理是防止質(zhì)量控制失誤出現(xiàn)的有效手段。

3結(jié)論

造成大型電站鍋爐過熱器爆管的原因很多，只有對(duì)過熱器爆管的直接原因和根本原因進(jìn)行綜合分析，才能從根本上解決鍋爐爆管問題，有效地防止鍋爐過熱器爆管事故的發(fā)生。

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