李林

（甘肅省安裝建設(shè)集團(tuán)公司，甘肅　蘭州　730050）

鍋爐爆管成因分析及處理措施

李林

（甘肅省安裝建設(shè)集團(tuán)公司，甘肅蘭州730050）

鍋爐是一種受壓設(shè)備，它經(jīng)常處于高溫下運(yùn)行，而且還受著煙氣中有害物質(zhì)的侵蝕和飛灰的磨損，如果管理不嚴(yán)、使用不當(dāng)就會發(fā)生鍋爐事故，嚴(yán)重時會發(fā)生破壞性事故，造成不可彌補(bǔ)的損失。因此，我們必須了解鍋爐運(yùn)行時的安全操作步驟，以及各種事故的預(yù)防方法和應(yīng)對措施。本論述主要分析了鍋爐爆管的原因，在探討原因的基礎(chǔ)上，對鍋爐爆管問題的產(chǎn)生、預(yù)防、處理進(jìn)行研究，以期為今后鍋爐安全穩(wěn)定的運(yùn)行和管理提供參考，降低爆管概率。

鍋爐；爆管；處理措施

1　鍋爐爆管的危害

在所有鍋爐事故中除鍋爐爆炸事故外鍋爐爆管事故就是最嚴(yán)重的事故，是最危險的事故之一。鍋爐爆管事故在實(shí)際運(yùn)行中是一種較常見的事故，屢有發(fā)生，后果慘重。鍋爐運(yùn)行的過程中，很多原因會導(dǎo)致鍋爐發(fā)生爆管，這種事故性質(zhì)嚴(yán)重，需要停爐檢修，從而影響生產(chǎn)。如果爆管裂口較大，會損壞臨近的管壁，可使臨近的管壁噴射穿孔，破壞設(shè)備，沖塌爐墻，造成人員傷亡，并能在短時間內(nèi)造成鍋爐嚴(yán)重缺水，使事故擴(kuò)大。因此，為了盡量防止鍋爐運(yùn)行過程中出現(xiàn)爆管的問題，應(yīng)采取有效的措施來避免鍋爐出現(xiàn)爆管，保證鍋爐的有效運(yùn)行。

2　金屬在長期高溫條件下組織的變化

金屬在長期高溫條件下工作，不但會發(fā)生蠕變、斷裂和應(yīng)力松弛等形變過程，而且還會發(fā)生一些組織和性能的變化和其他損壞。這一點(diǎn)和室溫下使用的鋼材不同，在室溫條件下，鋼的組織和性能較穩(wěn)定，不隨時間而改變。

金屬（主要指的是鋼）在高溫下長期運(yùn)行中發(fā)生的組織變化主要有：

2.1珠光體的球化和碳化物聚集長大

珠光體球化會使鋼的蠕變極限和持久強(qiáng)度下降。珠光體球化對鋼材的高溫機(jī)械性能影響是很大的，它會加快金屬在高溫下蠕變速度，加快鋼材的破壞。

2.2石墨化

滲碳體是一個不穩(wěn)定的化合物，它在適當(dāng)?shù)臈l件下會發(fā)生分解而形成奧氏體和石墨或鐵素體和石墨。在正常室溫下，這一過程實(shí)際上是不進(jìn)行的，但它隨著溫度的升高，而急劇加速。

石墨化將大大降低機(jī)械性能。石墨在基礎(chǔ)組織中可以認(rèn)為是空洞和裂縫，所以大大削弱鋼材的機(jī)械性能，使鋼材的強(qiáng)度極限、工作韌性大大下降，從而使鋼材脆性增加。

2.3合金元素的重新分配

鋼材在長期高溫條件下，除了會發(fā)生珠光體球化和石墨化現(xiàn)象外，還會發(fā)生合金元素從固溶體中逐漸向碳化物擴(kuò)散，使碳化物中的合金元素逐漸增多，引起合金元素的重新分配。

合金元素的重新分配，會使鋼材的高溫機(jī)械性能發(fā)生變化，從而使該材料在該溫度下強(qiáng)度極限降低約一半。

3　鍋爐爆管的原因分析

3.1鍋爐運(yùn)行中操作不當(dāng)，爐管受熱或冷卻不均勻，產(chǎn)生較大的應(yīng)力

（1）冷爐進(jìn)水時，水溫或上水速度不符合規(guī)定：啟動時，升溫升壓或升負(fù)荷速度過快；停爐時冷卻過快。（2）機(jī)組在啟停或變工況運(yùn)行時，工作壓力周期變化導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力周期性變化；同時，高溫蒸汽管道和部件由于溫度交變產(chǎn)生熱應(yīng)力，兩者共同作用造成承壓部件發(fā)生疲勞破壞。

3.2結(jié)構(gòu)不合理造成的水循環(huán)破壞

鍋爐設(shè)計、制造不良，水循環(huán)不好；在檢修時，管內(nèi)被脫落的水垢堵塞；由于運(yùn)行操作不當(dāng)，使管外結(jié)焦，受熱不均勻，破壞了正常水循環(huán)。

因結(jié)構(gòu)不良引起的爆管有以下特點(diǎn)：（1）由于對水處理工作不夠重視致使鍋爐水冷壁管壁溫度超過飽和溫度后，使壁面上產(chǎn)生氣泡，但管內(nèi)溫度仍低于飽和溫度，氣泡在脫離壁面后被冷卻重新凝結(jié)而消失，周而復(fù)始，使水中的鹽析出，也就造成水垢不斷在管壁上形成，嚴(yán)重時幾乎把管堵死；（2）爆管多發(fā)生在鍋爐運(yùn)行數(shù)百小時以內(nèi)；（3）爆管前材料已有嚴(yán)重變形；（4）與爆管鄰近的爐管也可能有變形和承受高溫的跡象；（5）爆口處在水循環(huán)較弱的區(qū)域，爐管溫度達(dá)700℃以上，晶粒明顯脹粗。

3.3運(yùn)行中，氣溫超限，使管子過熱，蠕變速度加快

超溫是指金屬超過額定溫度運(yùn)行。超溫分為長期超溫和短期超溫，這是一個相對而言的概念，沒有嚴(yán)格時間限定。超溫是針對運(yùn)行而言，過熱是針對爆管而言。過熱也分為長期過熱和短期過熱兩大類，長期過熱爆管是指金屬在應(yīng)力和超溫溫度的長期作用下導(dǎo)致爆破，其溫度水平要比短期過熱的水平低很多，通常不超過鋼的臨界點(diǎn)溫度。短期過熱爆管是指，在短期內(nèi)由于管子溫度升高在應(yīng)力作用下爆破，其溫度水平較高，通常超過鋼的臨界點(diǎn)溫度，會導(dǎo)致金屬組織變化發(fā)生相變。

長期過熱是一個緩慢的過程，鍋爐運(yùn)行中管子長期處于設(shè)計溫度以上而低于材料的下臨界溫度，逐漸發(fā)生碳化物球化、管壁氧化減薄，持久強(qiáng)度下降、蠕變速度加快而導(dǎo)致爆管。根據(jù)工作應(yīng)力水平，長期過熱爆管可分為三類：高溫蠕變型、應(yīng)力氧化裂紋型和氧化減薄型。高溫蠕變型、應(yīng)力氧化裂紋型過熱爆管主要發(fā)生在過熱器中，氧化減薄型過熱爆管主要發(fā)生在再熱器中。長期過熱的主要原因包括熱偏差、熱力計算失誤、錯用鋼材及異物堵塞。

短期過熱是一個突發(fā)過程，運(yùn)行中管子金屬溫度超過材料下臨界溫度，因內(nèi)部介質(zhì)壓力作用發(fā)生爆裂。短期過熱通常發(fā)生在水冷壁、過熱器和再熱器向火面。

3.4材質(zhì)不合格

管材本身在制造過程中就存在質(zhì)量問題，驗收和選用把關(guān)不嚴(yán)，使管束焊接質(zhì)量不過關(guān)，造成爆管。管材的質(zhì)量問題主要有：管壁薄厚不均勻且管壁上有裂紋，局部嚴(yán)重銹蝕且有機(jī)械損傷。

3.5安裝缺陷

鍋爐安裝的缺陷種類很多。造成爐管變形，泄露的缺陷主要有：爐管伸入聯(lián)箱內(nèi)的長度過長；爐管和汽水分離器內(nèi)有異物；水位計顯示虛假水位；爐管未焊透和爐管沒有熱脹冷縮以及管子安裝時有機(jī)械損傷。

3.6水質(zhì)不良造成的水冷壁爆管問題

現(xiàn)象：輕微破裂，焊口泄露時，會發(fā)生蒸汽嘶嘶聲，給水流量略又增加；嚴(yán)重時，爆管處有明顯爆破聲和噴氣聲，爐膛負(fù)壓變正，給水流量不正常大于蒸汽流量。

爐水給水品質(zhì)長期超標(biāo)，水質(zhì)不符合標(biāo)準(zhǔn)，沒有水處理措施或?qū)o水和鍋水的水質(zhì)監(jiān)管不嚴(yán)，使管內(nèi)結(jié)垢或腐蝕，致使局部熱阻力增大而造成管壁過熱，強(qiáng)度降低。

（1）結(jié)垢增加熱阻，從而使管壁溫度增加，金屬強(qiáng)度降低；（2）結(jié)垢減少爐管流通截面積，增加流動阻力，降低循環(huán)有效壓頭，當(dāng)結(jié)垢嚴(yán)重時甚至堵塞管道；（3）管材質(zhì)量不合格，焊接質(zhì)量不佳，或吹灰不當(dāng)；（4）水冷壁管氧化及腐蝕，由于管內(nèi)蒸汽流速很低，管子冷卻狀況極差，就會使管壁溫度大大提高，管子表面就全被氧化。同時管內(nèi)蒸汽由于流速很小或停滯將產(chǎn)生蒸汽腐蝕，這就會造成管壁厚度減薄，強(qiáng)度降低。

4　發(fā)生鍋爐爆管事故的處理措施

當(dāng)爆管不嚴(yán)重，水位計還能顯示爐水水位，同時爐水水位還能維持鍋爐運(yùn)行，這時應(yīng)降低負(fù)荷運(yùn)行，啟動備用鍋爐后再關(guān)停故障爐。當(dāng)水位計上已讀不到水位數(shù)值且爐水水位和汽壓已不能維持鍋爐運(yùn)行時，應(yīng)立即關(guān)停故障爐，這時爐膛溫度處于過高狀態(tài)，切不可急于補(bǔ)水，以免鍋爐發(fā)生爆炸。此時引風(fēng)機(jī)應(yīng)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)排煙降溫，等爐膛內(nèi)煙氣和蒸汽排完后方可停機(jī)。若有數(shù)臺鍋爐并行運(yùn)行時，應(yīng)及時切斷蒸汽母管和故障鍋爐的連接。

5　鍋爐爆管的預(yù)防對策

5.1加強(qiáng)水質(zhì)處理管理

加強(qiáng)水質(zhì)處理管理，使水質(zhì)符合GB1576-85（低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)）。

5.2按鍋爐操作規(guī)程要求正確操作

鍋爐在點(diǎn)火、壓火時應(yīng)按鍋爐操作規(guī)程要求正確操作，禁止先火燃燒起來才開循環(huán)泵，禁止先停循環(huán)泵再壓火。壓火過程中應(yīng)進(jìn)行檢查，防止火燃燒起來。一旦火燃燒起來，應(yīng)立刻采取措施啟動循環(huán)泵進(jìn)行循環(huán)，防止水冷壁管內(nèi)水汽化。

5.3加強(qiáng)原材料檢測力度，杜絕不合格產(chǎn)品投入使用

從原材料開始控制金屬管質(zhì)量，主要做法如下：（1）每批即將投入使用的金屬管，必須進(jìn)行割管檢查是否存在分層結(jié)構(gòu)、金屬內(nèi)夾渣、金屬空洞等等；（2）檢查過程中假如出現(xiàn)上述問題，該批次金屬管全部進(jìn)行抽樣檢查，并以報告形式上交檢查結(jié)果，由專門的部門負(fù)責(zé)處理；（3）金屬管供應(yīng)商盡量選擇市場信譽(yù)高、有合作基礎(chǔ)的廠家合作，提高質(zhì)量。

5.4定期檢查管束的變形、蠕脹和磨損

集中供熱的基本保障是鍋爐要長期運(yùn)行，因此定期進(jìn)行維檢是防止爆管的主要方法之一。維檢的主要內(nèi)容是保證金屬管束和受熱面金屬組織的穩(wěn)定，防止出現(xiàn)過熱變形、蠕脹和磨損，同時應(yīng)給受熱面安裝溫控報警裝置，一旦溫度超限系統(tǒng)就會自動報警，及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，以降低爆管率。

5.5處理好焊接問題

從以上分析中我們知道焊接是出現(xiàn)爆管問題主要原因之一，如何處理好焊接問題是降低爆管幾率的主要手段。（1）電弧電壓與焊接電流，對于不同的焊絲直徑及焊接電流，必須選取相匹配的電弧電壓，穩(wěn)定焊接過程中短路過渡過程，提高焊接質(zhì)量；（2）掌控好焊接回路電感，短路電流增長速度把握十分重要，過小會導(dǎo)致焊絲爆斷而至電弧熄滅，出現(xiàn)焊瘤，過大會導(dǎo)致焊縫兩側(cè)吹邊；（3）控制焊接過程中金屬飛濺，金屬飛濺會導(dǎo)致焊接過程中出現(xiàn)較多雜質(zhì)，影響焊接質(zhì)量；（4）焊接方法不同，選擇不同保護(hù)氣體種類，合理匹配能夠提高焊接質(zhì)量，杜絕焊縫存在超標(biāo)氣孔、焊接部位含夾渣、焊瘤等問題出現(xiàn)。

5.6定期清理管道、省煤器中雜質(zhì)

定期徹底清除管內(nèi)積累的腐蝕物、積鹽等能有效提高管道運(yùn)行效率，減少爆管情況出現(xiàn)。清理過程中要對清理部分進(jìn)行反復(fù)沖洗，沖洗水溫度控制在94℃及以上，在沖洗第一遍時收集排污水樣并保存，交由有關(guān)部門做分析，可以得知管內(nèi)具體情況，針對具體情況作出是否需要添加其他溶劑輔助處理。

5.7掌控好鍋爐內(nèi)的汽溫變化

控制汽溫變化的方法有兩種：一是通過調(diào)整燃煤量來控制爐內(nèi)汽溫的變化。當(dāng)爐內(nèi)負(fù)荷較小時，應(yīng)調(diào)節(jié)磨煤機(jī)的出粉細(xì)度來處理解決。當(dāng)負(fù)荷變動較大時，通過調(diào)節(jié)噴燃器的均衡度來解決；二是通過調(diào)整燃燒風(fēng)量來控制爐內(nèi)汽溫的變化。當(dāng)負(fù)荷變化時，應(yīng)適當(dāng)增大過量空氣以利于煤粉的完全燃燒，但這會使煙氣流速加快，引風(fēng)機(jī)耗電量增加，低溫段的磨損度也會上升，鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性下降，因此，要嚴(yán)控鍋爐氧氣量的變化。

5.8加強(qiáng)鍋爐的運(yùn)行管理和爐水水質(zhì)的監(jiān)測

司爐人員要嚴(yán)格遵守鍋爐的操作規(guī)程，及時調(diào)整爐內(nèi)負(fù)荷的強(qiáng)度，以防超限運(yùn)行；及時進(jìn)行燃燒調(diào)整使火焰中心不傾斜從而防止管壁嚴(yán)重超溫；嚴(yán)控磨煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和煤粉細(xì)度以減少設(shè)備磨損；及時調(diào)整送風(fēng)量以保證煤粉充分燃燒；加強(qiáng)爐水水質(zhì)的化學(xué)監(jiān)測，從而保證水質(zhì)合格；及時發(fā)現(xiàn)問題并處理從而降低非正常停爐事故，從而保證鍋爐的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

6　結(jié)束語

防止鍋爐爆管是一項非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到鍋爐的設(shè)計、制造、安裝、檢修、運(yùn)行和停爐期間的保養(yǎng)等多個環(huán)節(jié)，不論哪一環(huán)節(jié)失控，均有可能造成爆管事故。因此，對鍋爐爆管的原因進(jìn)行歸類和總結(jié)，加大爐內(nèi)管道防磨防爆檢查力度，完善獎懲機(jī)制，激發(fā)檢查人員的積極性、主動性；積極開發(fā)和利用鍋爐的在線監(jiān)測系統(tǒng)和壽命評估系統(tǒng)，充分利用計算機(jī)為爐管檢修的科學(xué)決策提供依據(jù)；對設(shè)計不合理的爐體結(jié)合機(jī)組檢修進(jìn)行技術(shù)改造，加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整，完善運(yùn)行管理制度，嚴(yán)禁超溫運(yùn)行，這樣才能夠保證鍋爐爆管的事故不再出現(xiàn)。

［1］ 王繼豐.有效防止燃煤鍋爐過熱器和再熱器爆管的技術(shù)措施［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2014，39（03）：110-111.

［2］ 趙現(xiàn)華，劉明仁，邱麗娜，等，燃煤鍋爐的高溫腐蝕及預(yù)防［J］.電站系統(tǒng)工程，2014，25（02）：36，38.

［3］ 王永成.燃煤鍋爐省煤器爆漏的原因分析及解決措施的研究［D］.南京：東南大學(xué)，2013.

［4］ 黨小建，郭俊文，周剛.600MW機(jī)組W型火焰鍋爐預(yù)防受熱面超溫的措施［J］.熱力發(fā)電，2008（04）：43-49.

［5］劉全章.減小W型火焰鍋爐過熱器及再熱器熱偏差的技術(shù)措施［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2008（05）：221-223.

［6］ 陳稷，劉永剛.大容量鍋爐“三管”泄露調(diào)查及分析［J］.河北電力技術(shù)，1999（03）.

［7］ 孔偉，孔繁榮.鍋爐過熱器蛇形管蠕變爆破分析［A］.第十次全國焊接會議論文集（第2冊）［C］，2001.

［8］ 崔麗，史燃峰，潘風(fēng)弟.HG-410/9.8-HM11鍋爐過熱器爆管原因分析［A］.制造業(yè)與未來中國-2002年中國機(jī)械工程學(xué)會年會論文集［C］，2002.

［9］ 吳磊.1025 t/h鍋爐高溫過熱器爆管原因分析與壽命預(yù)測［D］.武漢：武漢大學(xué)，2014.

［10］ 常雪梅.670 t/h鍋爐高溫過熱器爆管試驗研究［D］.北京：華北電力大學(xué)，2013.

TK227

A

10.3969/j.issn.1672-6375.2016.07.012

2016-4-26

李林（1968-），男，漢族，山東武城人，大學(xué)本科，工程師，主要從事建筑安裝施工技術(shù)工作。