鍋爐過熱器爆管的直接原因

時間：2023-03-07

作者：太原鍋爐集團有限公司

太原鍋爐集團有限公司（太原鍋爐廠）技術宣

造成鍋爐過熱器爆管的直接原因有很多，主要可以從以下幾個方面來進行分析。

1.1設計因素

1.熱力計算結果與實際不符

熱力計算不準的焦點在于爐膛的傳熱計算，即如何從理論計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)缺乏經驗，致使過熱器受熱面的面積布置不夠恰當，造成一、二次汽溫偏離設計值或受熱面**溫。

2.設計時選用系數(shù)不合理

如某電廠由某公司設計、制造的“W”型鍋爐，選用了不合理的受熱面系數(shù)，使爐膛出口煙溫實測值比設計值高80～100℃；又如某發(fā)電總廠2號爐(HG-670/140-6型)選用的鍋爐高寬比不合理，使爐膛出口實測煙溫**設計值160℃。

3.爐膛選型不當

我國大容量鍋爐的早期產品，除計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)，使設計出的爐膛不能適應煤種多變的運行條件。

爐膛結構不合理，導致過熱器**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**溫。

4.過熱器系統(tǒng)結構設計及受熱面布置不合理

調研結果表明，對于大容量電站鍋爐，過熱器結構設計及受熱面布置不合理，是導致一、二次汽溫偏離設計值或受熱面**溫爆管的主要原因之一。

過熱器系統(tǒng)結構設計及受熱面布置的不合理性體現(xiàn)在以下幾個方面：

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

(2)對于蒸汽由徑向引入進口集箱的并聯(lián)管組，因進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。引進美國某公司技術設計的配300MW和600MW機組的控制循環(huán)鍋爐屏再與末再之間不設中間混合集箱，屏再的各種偏差被帶到末級去，導致末級再熱器產生過大的熱偏差。

(3)因同屏(片)并聯(lián)各管的結構(如管長、內徑、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、結構偏差和熱偏差，如某電廠日立850t/h鍋爐高溫過熱器**溫就是如此。

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

在實際運行過程中，上述結構設計和布置的不合理性往往是幾種方式同時存在，這樣加劇了受熱面**溫爆管的發(fā)生。

5.壁溫計算方法不完善，導致材質選用不當

從原理上講，在對過熱器和再熱器受熱面作壁溫校核時，應保證偏差管在較危險點的壁溫也不**過所用材質的許用溫度。而在實際設計中，由于對各種偏差的綜合影響往往未能充分計及，導致校核點計算壁溫比實際運行低，或者校核點的選擇不合理，這樣選用的材質就可能難以滿足實際運行的要求，或高等級鋼材未能充分利用。

6.計算中沒有充分考慮熱偏差

如某電廠5號爐過熱器在后屏設計中沒有將前屏造成的偏差考慮進去，影響了管材的正確使用，引起過熱器爆管。

1.2制造工藝、安裝及檢修質量

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

1.焊接質量差

如某電廠6號爐，在進行鍋爐過熱器爆管后的換管補焊時，管子對口處發(fā)生錯位，使管子焊接后存在較大的殘余應力，管壁強度降低，長期運行后又發(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沒有按設計要求加以滿焊，引起聯(lián)箱中蒸汽短路，導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)調查，由于角焊縫未焊透等質量問題引起的泄漏或爆管事故也相當普遍。如某電廠5號爐(650t/h亞臨界直流鍋爐)包墻過熱器出口聯(lián)箱至混合聯(lián)箱之間導汽管曾在水壓試驗突然斷裂飛脫，主要原因是導汽管與聯(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，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。一些廠家認為，在這種情況下應考慮采用短節(jié)，以保證焊接接頭兩側及其熱影響區(qū)范圍內壁厚不變。

5.普通焊口質量問題

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)，其管內工質的溫度和壓力均很高，工作狀況較差，此時對于焊口質量的要求就尤為嚴格。但在實際運行中，由于制造廠焊口、安裝焊口和電廠檢修焊口質量不合格(如焊口毛刺、砂眼等)而引起的爆管、泄漏事故相當普遍，其后果也相當嚴重。

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度計算標準規(guī)定了彎頭的橢圓度，同時考慮了彎管減薄所需的附加厚度。該標準規(guī)定，對彎管半徑R>4D的彎頭，彎管橢圓度不大于8%。但實測數(shù)據(jù)往往大于此值，較大達21%，有相當一部分彎頭的橢圓度在9%～12%之間。

另外，實測數(shù)據(jù)表明，有不少管子彎頭的減薄量達23%～28%，小于直管的較小需要壁厚。因此，希望對彎管工藝加以適當?shù)母倪M，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

鍋爐在長期運行中，銹蝕量較大，但因管徑小，無法徹底清除，管內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，由干管內存在制造、安裝或檢修遺留物引起的事故也占相當?shù)谋壤?。如長春熱電二廠1號爐因管路堵塞造成短時**溫爆管。

8.管材質量問題

鋼材質量差。管子本身存在分層、夾渣等缺陷，運行時受溫度和應力影響缺陷擴大而爆管。由于管材本身的質量不合格造成的爆破事故不像前述幾個問題那么普遍，但在運行中也確實存在。

9.錯用鋼材

如某電廠4號爐的制造、維修過程中，應該用合金鋼的高溫過熱器出口聯(lián)箱管座錯用碳鋼，使碳鋼管座長期過熱爆破。為此，在制造廠制造加工和電廠檢修時應注意嚴格檢查管材的質量，加以避免。

10.安裝質量問題

如某發(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圖紙要求施工，使管子排列、固定和膨脹間隙出現(xiàn)問題，從而導致爆管。這類問題在機組試運行期間較為多見。

1.3調溫裝置設計不合理或不能正常工作

為確保鍋爐的安全、經濟運行，除設計計算應力求準確外，汽溫調節(jié)也是很重要的一環(huán)。大容量電站鍋爐的汽溫調節(jié)方式較多，在實際運行中，由于調溫裝置原因帶來的問題也較多，據(jù)有關部門調查，配200MW機組的鍋爐80%以上的再熱蒸汽調溫裝置不能正常使用。

1.減溫水系統(tǒng)設計不合理

某些鍋爐在噴水減溫系統(tǒng)設計中，往往用一只噴水調節(jié)閥來調節(jié)一級噴水的總量，然后將噴水分別左右兩個回路。這時，當左右側的燃燒工況或汽溫有較大偏差時，就無法用調整左右側噴水量來平衡兩側的汽溫。

2.噴水減溫器容量不合適

噴水式減溫器一般設計噴水量約為鍋爐額定蒸發(fā)量的3%～5%，但配200MW機組的鍋爐由于其汽溫偏離設計值問題比較**，許多電廠均發(fā)現(xiàn)噴水減溫器容量不夠，都將原減溫水管口放大，以滿足調溫需要；對再熱蒸汽，由于大量噴水對機組運行的經濟性影響較大，故設計時再熱蒸汽的微量噴水一般都很小，或不用噴水。然而，在實際運行中，因再熱器**溫，有些電廠不得不用加大噴水量來解決。

3.噴水減溫器調節(jié)閥調節(jié)性能問題

噴水減溫器的噴水調節(jié)閥的調節(jié)性能也是影響減溫系統(tǒng)調溫效果的因素之一。調研結果表明，許多國產閥門的調節(jié)性能比較差，且漏流嚴重，這在一定程度上影響了機組的可靠性和經濟性。

4.減溫器發(fā)生故障

如巴陵石化公司動力廠5號爐，將減溫器I級調節(jié)閥固定，用II級調節(jié)閥調節(jié)。因起主調作用的I級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**溫的可能。

5.再熱器調節(jié)受熱面

所謂再熱器調節(jié)受熱面是指用改變通過的蒸汽量來改變再熱蒸汽的吸熱量，從而達到調節(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節(jié)就是利用這一裝置實現(xiàn)的。但是由于運行時蒸汽的重量流速**設計值，而鍋爐負荷則**設計值，因而某電廠5,6號爐都曾發(fā)生再熱器調節(jié)受熱面管子過熱**溫事故，后經減少調節(jié)受熱面面積和流通截面積，才解決了過熱問題。

6.擋板調溫裝置

采用煙氣擋板調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。擋板調溫可改變煙氣量的分配，較適合純對流傳熱的再熱蒸汽調溫，但在煙氣擋板的實際應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)再熱器側和過熱器側擋板開度較難匹配，擋板的較佳工作點也不易控制，運行人員操作不便，往往只要主蒸汽溫度滿足就不再調節(jié)。有些電廠還反映用調節(jié)擋板時，汽溫變化滯后較為嚴重。

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詞條說明
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