陳　飛

[摘要]過(guò)熱器、再熱器爆漏失效嚴(yán)重影響鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性，超溫、磨損、腐蝕、焊接質(zhì)量與材料缺陷等是造成過(guò)熱器、再熱器爆漏失效主要因素，就這些因素產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析并提出提高過(guò)熱器、再熱器可靠性的措施。

[關(guān)鍵詞]過(guò)熱器 再熱器 可靠性 分析 對(duì)策

中圖分類(lèi)號(hào)：TM5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0310028－01

為提高能源利用率和經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)代大型火電廠大部分以發(fā)展600MW和1000MW機(jī)組為主，但是受鋼材承壓耐熱能力的限制，蒸汽參數(shù)維持在確保受熱面金屬安全運(yùn)行的臨界范圍之內(nèi)，盡管如：T/P91、T/P92、TP347H、Super304H等新型材料的應(yīng)用可以大大提高受熱面可靠性，但是過(guò)熱器、再熱器爆漏失效還是時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了鍋爐的安全運(yùn)行。

一、金屬管壁超溫

過(guò)熱器、再熱器（末級(jí)）是鍋爐承壓受熱面中工質(zhì)溫度和金屬溫度最高的部件，而汽側(cè)換熱效果又相對(duì)較差，特別是再熱器，再熱蒸汽壓力低比熱容小，所以過(guò)熱現(xiàn)象較多發(fā)生。當(dāng)金屬溫度超過(guò)允許極限溫度，內(nèi)部組織發(fā)生變化，許用應(yīng)力降低，在管內(nèi)壓力作用下產(chǎn)生塑性變形，并不斷擴(kuò)大，最后導(dǎo)致超溫爆管。

（一）設(shè)計(jì)上的缺陷引起超溫。如果爐膛高度設(shè)計(jì)偏低，火焰中心偏斜，受熱面選材裕度不夠或錯(cuò)用材料，水動(dòng)力工況差，蒸汽質(zhì)量流速偏低和受熱面結(jié)構(gòu)不合理等因素都會(huì)造成超溫或存在較大熱偏差，出現(xiàn)局部超溫。

（二）運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)引起超溫。燃燒組織不好，火焰中心上移引起爐膛出口溫度超過(guò)設(shè)計(jì)值，對(duì)流受熱面吸熱增強(qiáng)，使過(guò)熱器和再熱器超溫。如果減溫水系統(tǒng)故障或者調(diào)整不當(dāng)，也會(huì)造成過(guò)熱器短期超溫。

（三）制造、安裝、檢修中引起超溫。制造、安裝過(guò)程主要指出現(xiàn)管內(nèi)異物堵塞而造成工質(zhì)流動(dòng)不暢、斷路或短路等情況，導(dǎo)致局部受熱管超溫。檢修不當(dāng)極易發(fā)生管內(nèi)異物堵塞情況。如在換管過(guò)程中割管工藝不正確，異物掉入垂直管段，或聯(lián)箱內(nèi)管座固定焊接物脫落等情況會(huì)引起局部受熱面無(wú)流量或少流量。

二、金屬管壁的磨損

（一）飛灰磨損。燃煤鍋爐尾部受熱面飛灰磨損是影響鍋爐長(zhǎng)期安全運(yùn)行的主要原因，位于水平煙道和尾部煙道過(guò)熱器和再熱器同樣存在磨損問(wèn)題。煙氣攜帶灰粒和未燃盡顆粒高速通過(guò)受熱面時(shí)，使受熱面管壁磨損變薄，煙氣流速越快，顆粒越粗、越硬，對(duì)管壁的撞擊力就越大；煙氣中灰濃度越大，撞擊的次數(shù)就越多，結(jié)果都將加速受熱面的磨損。

（二）蒸汽吹損。隨著蒸汽吹灰投運(yùn)時(shí)間累計(jì)到一定時(shí)間，很多電廠出現(xiàn)蒸汽吹灰通道金屬管磨損嚴(yán)重財(cái)情況，蒸汽吹灰雖然起到清潔受熱面改善傳熱的作用，但是吹灰蒸汽必然會(huì)加速局部煙氣速度，如果吹灰蒸汽參數(shù)選擇不當(dāng)，壓力過(guò)高則蒸汽速度高，溫度過(guò)低則會(huì)降低煙氣溫度使灰粒變硬。所以蒸汽吹灰會(huì)造成過(guò)熱器受熱面金屬管的磨損，尤其是再熱器的磨損更需引起重視。

三、金屬管壁的腐蝕

金屬管受腐蝕作用，管壁會(huì)逐漸減薄，當(dāng)管壁有效厚度小于一定值而沒(méi)有得到相應(yīng)處理，就會(huì)導(dǎo)致腐蝕爆管事故的發(fā)生。

（一）高溫腐蝕。大型鍋爐在過(guò)熱器、再熱器的向火面易發(fā)生高溫腐蝕，腐蝕沿向火面的局部侵入，呈坑穴狀，嚴(yán)重時(shí)腐蝕速度達(dá)0.5-1mm/a，一般認(rèn)為高溫腐蝕主要是煤中硫的腐蝕行為，主要是以硫酸為主要成分的熔鹽腐蝕和H2S及硫氧化物造成的氣態(tài)腐蝕。大量的研究結(jié)果認(rèn)為，在煤燃燒過(guò)程中，煤中硫化合物（FeS2和有機(jī)硫RS）與氧發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)在高溫燃燒 中煤中的K、Na鹽類(lèi)轉(zhuǎn)化為它們的高價(jià)氧化物K2O和Na2O，這些氧化物會(huì)與生成的SO3反應(yīng)，生成它們的硫酸鹽，硫酸鹽進(jìn)一步與Fe2O3，SO3發(fā)生反應(yīng)而生成復(fù)合硫酸鹽。這些復(fù)合硫酸鹽在550℃～580℃的溫度范圍內(nèi)呈熔融狀態(tài)粘附在管壁上與Fe發(fā)生反應(yīng)，從而加速了管子的腐蝕。

（二）蒸汽腐蝕。隨著超臨界、超超臨界鍋爐的不斷投運(yùn)，主汽參數(shù)的提高，過(guò)熱器、再熱器蒸汽腐蝕的問(wèn)題不容忽視，在高溫條件下過(guò)熱器、再熱器管容易壁產(chǎn)生蒸汽腐蝕，其實(shí)質(zhì)上是個(gè)氧化過(guò)程，一旦生成氧化鐵之后，這種氧化物就沒(méi)有金屬特性，很容易脫落。國(guó)外就有超超臨界機(jī)組因?yàn)閲?yán)重的蒸汽氧化問(wèn)題被迫降低參數(shù)運(yùn)行的例子。同時(shí)，如果氧化過(guò)程產(chǎn)生的氫氣不能被蒸汽流及時(shí)帶走，還將與管子作用，致使金屬表面脫碳并使金屬變脆而導(dǎo)致氫脆。嚴(yán)重的氫脆會(huì)引起管壁的爆破。

（三）應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕是在介質(zhì)與拉應(yīng)力同時(shí)作用下引起的一種腐蝕，應(yīng)力腐蝕往往發(fā)生在蠕變過(guò)程中，由于金屬表面氧化膜破裂，導(dǎo)致部分露出的金屬承受更大的應(yīng)力，又在腐蝕性介質(zhì)（蒸汽或煙氣）滲入下因電化學(xué)作用而迅速被腐蝕。應(yīng)力腐蝕的裂紋，常常誘發(fā)疲勞或脆性破壞。

四、焊接質(zhì)量與材料缺陷

過(guò)熱器、再熱器是通過(guò)焊接組裝而成，由于焊口數(shù)量多，異種鋼接頭多，焊縫與母材一樣承受高溫高壓，因此焊接質(zhì)量和焊縫組織不合格是發(fā)生爆管的根源。特別是異種鋼接頭，由于異種鋼的耐熱性能和線膨脹系數(shù)不一樣，常在接頭處出現(xiàn)熱脹差，在低等材料部分出現(xiàn)輕微蠕脹，而容易引發(fā)裂紋，而這種因材料引發(fā)問(wèn)題不可避免。焊接缺陷會(huì)在運(yùn)行中發(fā)生變化和發(fā)展，會(huì)使焊縫有效截面削弱，強(qiáng)度下降，造成應(yīng)力集中，最終導(dǎo)致爆漏。

五、提高過(guò)熱器、再熱器可靠性措施

1．在運(yùn)行中，應(yīng)嚴(yán)格按運(yùn)行規(guī)程規(guī)定操作，鍋爐啟停時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按啟停曲線進(jìn)行，控制鍋爐參數(shù)和過(guò)熱器、再熱器管壁溫度在允許范圍內(nèi)；嚴(yán)密監(jiān)視鍋爐蒸汽參數(shù)、蒸發(fā)量等主要指標(biāo)，防止超溫超壓事故發(fā)生；做好鍋爐燃燒調(diào)整，防止火焰偏斜，注意控制煤粉細(xì)度，合理用風(fēng)，防止結(jié)焦，減少熱偏差，防止鍋爐尾部再燃燒；加強(qiáng)吹灰和吹灰器管理，防止受熱面嚴(yán)重積灰；保證鍋爐給水品質(zhì)正常及運(yùn)行中汽水品質(zhì)合格，同時(shí)注意停爐時(shí)的防腐，加強(qiáng)巡視和檢查，發(fā)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象及時(shí)采取措施防止事故擴(kuò)大，損壞其它受熱面管。

2．進(jìn)行技術(shù)改造，改進(jìn)吹灰系統(tǒng)，采取高溫防磨措施保護(hù)受熱面金屬以減緩磨損速率。建立專(zhuān)門(mén)的防磨防爆制度。在鍋爐大小修和臨修中，努力消除結(jié)渣積灰、煙氣走廊和水動(dòng)力偏差及熱偏差較大等情況。

3．為有效防止爆管事故的發(fā)生，除在運(yùn)行、維修方面采取必要的措施外，還要對(duì)鍋爐受熱面做好金屬監(jiān)督工作，主要包括以下幾方面：（1）對(duì)過(guò)熱器、再熱器里蠕脹、變形和磨損等情況的定期檢查；（2）對(duì)可能長(zhǎng)期存在過(guò)熱問(wèn)題的受熱面，加裝熱工溫度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)督控制；（3）定期進(jìn)行割管檢查，對(duì)高溫過(guò)熱器、再熱器管子做金相檢驗(yàn)。

六、結(jié)束語(yǔ)

過(guò)熱器、再熱器工作環(huán)境惡劣，管內(nèi)工質(zhì)的溫度、壓力接近所用材料的極限。要提高過(guò)熱器、再熱器的可靠性就必須有針對(duì)性做到超前預(yù)測(cè)，加強(qiáng)預(yù)防，積極采取措施，方可收到了良好的效果，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]范從振，《鍋爐原理》[M].水利電力出版社，2006.8.