锅炉过热器爆管原因分析及防治措施

一、基本情况介绍

    威海新力热电有限公司#7锅炉，型号为ug-130/3.82-m9，1998年出厂，于2000年底正式投入运行，于2006年11月20日至2007年间先后发生四次低温过热器爆管事故。
    2006年11月20日低过爆管停运后，通过威海市锅炉压力容器检验所提供的失效分析报告显示：失效管段破口宏观特征为：边缘粗糙，破口周围有较多纵向裂纹，并有较厚的氧化铁层，进一步的金相分析显示为碳化物球化，铁素体析出碳化物并聚集长大，属非常明显的长时超温导致蠕变速度相应加快的脆性断裂特征。另外，从最近的一次爆管停运后，汽包解体检查发现，旋风分离器顶帽有脱落现象；汽包壁及旋风分离器筒体表面附有暗红色覆盖物，并间杂有许多直径不等的小型鼓包；低过出口联箱截取部分管段发现内部积垢严重，锅检所分析结果显示：内容物含有cl- 、 fe3+ ,  naoh、 na3po4其中的一种或两种，还有可能存在co32-、sio2等物质，对应联箱东侧底部有大量鳞片状的沉积物。

二、金属腐蚀的分类

    金属表面和周围介质发生化学或电化学作用，而遭到破环的现象称为腐蚀。从金属腐蚀的分类来看：金属腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是金属和周围介质直接进行化学反应而引起的腐蚀，这种腐蚀多发生在干燥气体或其他非电解质中。此类反应多发生于炉膛内金属和高温烟气作用下引起的腐蚀；过热器管道内金属与蒸汽直接作用引起的腐蚀。当过热蒸汽温度高达450℃时，它会与碳钢发生反应，在450～570℃之间是它们的产物为fe3o4,当温度达到570℃以上时，反应产物为fe2o3，这两种反应所引起的腐蚀都属于化学腐蚀，当产生这种腐蚀时，管壁均匀的变薄，腐蚀产物常常呈粉末状或鳞片状，多半是fe3o4 ，在炉内发生汽水腐蚀的部位一般在汽水停滞部位和蒸汽过热器中。#7炉低过联箱东侧出现的大量鳞片状沉积物符合水蒸气腐蚀特征。而造成该部位出现沉积物的原因分析为：前几次的爆管停炉后，由于爆管部位无法施焊，采取封堵的方式对爆管管系进行了封堵处理，先后封堵了62排管系中的12排，封堵后一方面造成该部位饱和蒸汽流动停滞，另一方面造成剩余管系吸热量及蒸汽流速增加，有可能造成联箱局部超温，流动停滞造成蒸汽中杂质在相应管段沉积造成垢下腐蚀，加之局部超温造成水蒸汽腐蚀，从而引起联箱底部台座形成铁的氧化物而整体减薄。
    电化学腐蚀是金属和周围介质发生了电化学反应。金属处于潮湿的地方或遇到水时特别易发生电化学腐蚀，这类腐蚀在生产中较普遍而且危害较大。溶解氧腐蚀是一种电化学腐蚀，铁和氧形成两个电极，组成腐蚀原电池，铁作为阳极在反应中腐蚀消耗。钢铁发生氧腐蚀时，其表面形成许多直径1～30mm不等的小型鼓包，鼓包表层的颜色由黄褐色到砖红色不等，次层是黑色粉末状腐蚀坑陷，在给水系统中最易发生氧腐蚀的部位是给水管道和省煤器，当给水含氧量高或除氧器运行不正常时，有可能造成锅内发生氧腐蚀。通过汽包解体检查发现，汽包壁及旋风子表面腐蚀属明显的氧腐蚀特征。
三、爆管原因分析
    a 、运行工况的影响
    #7炉在2000年投运初期，由于安装质量问题造成虚假水位，致使煮炉过程中药液进入过热器管段，对管段可能造成一定的损伤；作为调峰炉，#7炉在前两年的运行过程中，经常出现超负荷及低负荷运行工况；另一方面从爆管分布的区域来看,主要集中于联箱东侧的十几排管路,疑似烟气走廊致使东侧管束超温爆管,而炉内检查发现过热器管束安装分布均匀,间隔梳型板也未出现脱落现象,低过迎风面管束靠近东侧的十几排表面光洁度要比西侧高，结合近两年的运行日志发现，2005年#7炉由于燃用煤种原因，先后两次出现过热器挂焦而使锅炉出现80-100pa的异常正压运行工况，其中一次通过更换煤种使状况改善，另一次被迫停炉，停炉后的检查发现，西侧过热器挂焦情况要比东侧严重，这应该是造成东西两侧过热器管束吸热不均而导致东侧管束超温的一个影响因素，至于两侧结焦的不均匀性，又与燃烧调整、火焰中心位置及两侧引风机出力等因素有关。另外，锅炉启动过程中升温速度过快、低负荷运行时间过长、点火输水不充分等都将直接影响到过热器运行的安全性。
    b、汽水品质的影响
    #7炉投运后，先后多次出现东侧电接点水位计指示波动不准的现象，经更换电接点等措施未见改观；通过对部分截取的过热器管段分析发现内部存在积盐情况，其成分分析为：磷酸根35%,碳酸钠30.74%，nahco3 9.66%, sio2 0.8%,氯根 0.6%，通过对汽包的解体检查发现，靠近汽包东侧的第5支旋风分离器顶帽脱落，汽包内壁及旋风子筒体红色物质化验为氧化铁含量70-90%，此外含有少量的钙、镁、硅和磷酸盐等物质，通过以上化验数据及汽包解体检查分析情况来看，造成过热器内部积盐的直接影响因素为饱和蒸汽品质问题，而造成饱和蒸汽品质下降的原因可归纳为：①炉水含盐量偏高，导致管内壁积盐，而造成积盐的可能性又有以下几个方面：加药量偏高，或者加药的不均匀性，导致局部积盐；凝结水水质不合格也可引起炉水含盐量增高，尤其是我公司夏季以海水作为循环冷却水，凝汽器局部泄漏有可能使部分海水通过除氧器进入锅炉汽包 ②设备故障导致汽水分离效果下降，旋风分离器顶帽脱落直接影响到汽水分离效果经进一步的汽包内部检查发现，除掉落的一只顶帽外有多达6至7个顶帽点焊松脱，这应该是影响汽水分离效果的直接原因③除氧效果不佳也是造成炉水品质下降的一个影响因素，旋风分离器筒体表面不均匀分布的暗红色鼓包，为明显的溶氧点腐蚀特征，而造成给水溶氧的原因，可能为除氧器除氧效果不佳；停炉后的的保养不到位，炉水未及时排放等因素有关。④定排量偏少，造成絮状水渣沉积，含量过大时随同蒸汽进入过热器管段。据统计发现#7炉在运行过程中，定排量每月平均不到一次，明显达不到要求。

四、防止爆管采取的措施：

    1. 加强入炉煤的管理
     入炉煤的指标控制入手，避免燃用偏离设计值过大的煤种，通过合理掺配煤达到合格入炉煤标准。

    2. 加大运行调整管理力度
    依据煤质化验单及时调整燃烧工况，避免出现火焰偏斜和燃烧中心上移导致超温情况的发生；避免长期正压运行工况的出现；严格按照升压曲线要求进行启动升压，严禁赶火升压。合理调配负荷，避免出现长期超负荷及低负荷等不正常工况的出现。
    3. 加大设备检修力度
    利用负荷低峰期对低温过热器管段进行取样分析，定期对汽包进行解体检查，重点检查分离器积垢及焊点情况，必要时进行喷砂打磨及焊接处理；检查汽包内加药管及连排管路，以防出现堵塞现象。

    4. 加大汽水品质的监控力度
    保证合格的除氧温度，合理控制磷酸盐的添加量，保证添加药品的质量合格，做好定期排污工作。
    ⒌做好停炉后的保养工作