摘 要：通過對(duì)一起高壓蒸汽燃?xì)忮仩t試運(yùn)行階段爐膛水冷壁爆管事故的原因分析，闡明了珠光體的高溫球化現(xiàn)象對(duì)金屬?gòu)?qiáng)度的影響，指出按章操作的重要性和必要性，正確的烘爐操作是避免發(fā)生烘爐階段爆管事故的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：水冷壁過燒；珠光體球化；烘爐

新疆某化工企業(yè)為了擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，2013年訂購(gòu)我公司一臺(tái)75噸燃天然氣高溫高壓鍋爐，鍋爐型號(hào)為ZG-75/10.5-Q，鍋爐采用自然循環(huán)，室外布置結(jié)構(gòu)。本鍋爐整體布置采用傳統(tǒng)的前吊后支，“Π”型布置，爐膛水冷壁系統(tǒng)和過熱器全部懸吊于鍋爐頂板上，省煤器、空氣預(yù)熱器支在尾部鋼架上。爐膛部分采用敷管式輕型爐墻，過熱器及尾部豎井煙道采用耐火磚+硅酸鋁纖維板+硅藻土保溫磚+鋼護(hù)板的重型爐墻結(jié)構(gòu)。

鍋爐于2013年5月投入試運(yùn)行，鍋爐試運(yùn)行幾小時(shí)突發(fā)爐膛水冷壁爆管事故而緊急停爐。后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，爆管處位于上層燃燒器上部大約1米左右。管子爆破口呈現(xiàn)出明顯撕裂減薄狀、破口邊緣鋒利，周圍沒有細(xì)小的裂紋（見圖2）。同時(shí)其附近相鄰的2到3根水冷壁管子在相同高度也出現(xiàn)不同程度的脹粗鼓包、彎曲現(xiàn)象，管子已經(jīng)處于失效狀態(tài)，呈現(xiàn)出明顯的高溫蠕脹特征。初步判斷爆管是由于前期烘爐過程中局部高溫過燒引起的。

為了進(jìn)一步查明管子破壞的原因，我們對(duì)切割下來的材質(zhì)為20G（GB5310）的高壓鍋爐管變形部分進(jìn)行了金相分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)材料原本的珠光體結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的改變，滲碳體層出現(xiàn)了嚴(yán)重的球化現(xiàn)象，晶界變得模糊不清。而同一根管子未變形部分的金相組織形態(tài)正常，排除由于材質(zhì)問題導(dǎo)致爆管的可能。我們知道，珠光體鋼在其允許使用溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期工作會(huì)出現(xiàn)緩慢球化的趨勢(shì)（見表1），從表1中不難發(fā)現(xiàn)珠光體球化會(huì)使鋼材的抗拉強(qiáng)度和屈服極限出現(xiàn)不同程度的下降，即珠光體球化越嚴(yán)重，材料的高溫強(qiáng)度就越低。從材料球化程度來看，基本可以確定水冷壁爆管部位存在較長(zhǎng)時(shí)間的高溫“過燒”現(xiàn)象。

經(jīng)過和司爐人員交談得知，由于用戶工期太緊，鍋爐在砌筑完成后并沒有按照鍋爐使用說明書中相關(guān)規(guī)定的烘爐時(shí)間和溫度控制曲線進(jìn)行烘爐，而是采用通過燃燒器直接燃燒天然氣使鍋爐升溫的方式進(jìn)行，由于要控制升溫速度，在烘爐過程中采取了只開引風(fēng)機(jī)不開鼓風(fēng)機(jī)的方式。由于火焰剛度不夠，在尾部微負(fù)壓的作用下，火焰基本沿前墻向上爬升。這樣在火焰直接與水冷壁接觸部位就會(huì)形成局部高溫區(qū)。而在鍋爐的烘爐階段，由于鍋爐蒸發(fā)量很小，僅需要極少量的間斷補(bǔ)水。在水冷壁管、下降管、下聯(lián)箱及鍋筒組成的簡(jiǎn)單回路中，鍋筒與水冷壁下聯(lián)箱間的重位壓差作為循環(huán)動(dòng)力而形成的微弱水循環(huán)，使水冷壁的向火面得到有效冷卻。然而局部的高溫使管內(nèi)貼壁的水迅速汽化，形成大量氣泡，由于沒有足夠的循環(huán)水量將產(chǎn)生的氣泡及時(shí)帶走，使大量氣泡在管壁上聚集，氣泡阻隔了水與管壁的接觸，氣泡的冷卻及傳熱效果又非常差，從而使該處管壁溫度在短時(shí)間內(nèi)迅速升高，其結(jié)果就是管子材質(zhì)在長(zhǎng)時(shí)間高溫下發(fā)生嚴(yán)重的球化現(xiàn)象，使得管子強(qiáng)度大幅降低，發(fā)生高溫蠕變。只是由于烘爐期間鍋爐基本不帶壓而煮爐其間運(yùn)行壓力較低而沒有暴露問題。

現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)與用戶溝通，用戶基本同意以上原因分析?，F(xiàn)場(chǎng)將發(fā)生爆管和熱脹彎曲變形的管子割掉后重新插入新管，改造完成后鍋爐順利投入運(yùn)行，各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，保證了用戶的生產(chǎn)。

那么如何避免在鍋爐的烘爐過程中發(fā)生水冷壁“過燒”的事故呢？

首先，應(yīng)當(dāng)明確鍋爐烘爐的目的。新安裝的鍋爐，在爐墻材料中及砌筑過程中吸收了人量的水份，如與高溫?zé)煔饨佑|，則爐墻中含有的水份因?yàn)闇夭钸^人，急劇蒸發(fā)，產(chǎn)生大量的蒸汽，進(jìn)而由于蒸汽的急劇膨脹，使?fàn)t墻變形、開裂。所以，新安裝的鍋爐在正式投產(chǎn)前，必須對(duì)爐墻進(jìn)行緩慢烘爐，使?fàn)t墻中的水份緩慢逸出，確保爐墻熱態(tài)運(yùn)行的質(zhì)量。

根據(jù)鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一般采用火焰烘爐的方法。

火焰烘爐：由于烘爐初期溫度不能升的太高太快，一般烘爐初期熱源采用木柴居多。

（1）在燃燒室中部堆架木柴，點(diǎn)燃后使火焰保持在中央，利用自然通風(fēng)保小火，燃燒維持2-3天，火勢(shì)由弱逐步加大。（2）第一天爐膛出口排煙溫度應(yīng)低于50℃，以后每天溫升不超過20℃，未期最高溫度<220℃，保溫2-3天。（3）烘爐后期約7-12天可改為燃?xì)夂鏍t，保持爐膛燃燒室負(fù)壓要求。（4）烘爐時(shí)間以14-16天，結(jié)束燃燒停爐。（5）操作人員每隔2小時(shí)記錄一次煙溫，嚴(yán)格按要求控制煙溫確保烘爐質(zhì)量。（6）烘爐時(shí)間與煙氣溫度的關(guān)系曲線，可參考下面烘爐曲線圖3。

烘爐的具體操作：

（1）關(guān)閉汽包兩側(cè)入孔門。（2）用除鹽水經(jīng)冷水系統(tǒng)向汽包內(nèi)進(jìn)水，并輪流打開各排污閥門疏水、排污、沖洗鍋爐受熱面及汽水系統(tǒng)和各閥門。（3）有爐水取樣裝置，取爐水樣分析，確認(rèn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)后，停：沖洗關(guān)閉各疏水、排污閥門。（4）向汽包內(nèi)緩慢送水，水位控制標(biāo)準(zhǔn)水位±20mm。（5）烘爐前，應(yīng)適當(dāng)打開各檢查門，以便及時(shí)排除爐內(nèi)的潮氣。（6）在燃燒室中央堆好木材，在木材上澆上柴油點(diǎn)火，用木材要求烘爐2～3天，烘爐時(shí)，可適當(dāng)開啟送風(fēng)機(jī)，增大進(jìn)風(fēng)量，以維持一定的爐溫，保證煙溫，確保將爐墻烘干。（7）木材烘爐結(jié)束，可按要求進(jìn)行后期燃?xì)夂鏍t，此時(shí)，應(yīng)增加送風(fēng)機(jī)開度，微開引風(fēng)機(jī)，關(guān)閉檢查門，進(jìn)一步提高煙溫，烘干爐墻。（8）定期檢查各膨脹指示器、水位計(jì)，確保鍋爐運(yùn)行正常，如有異常發(fā)現(xiàn)，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)，妥善處理。（9）定期定時(shí)檢查，記錄煙溫，確保烘爐質(zhì)量。（10）由灰漿放樣處取樣，進(jìn)行含水率分析，當(dāng)灰漿含水率≤7%時(shí)，表明烘爐己達(dá)要求。

烘爐注意事項(xiàng)：

（1）烘爐時(shí)，不得用烈火烘烤，溫度的升速應(yīng)緩慢均勻，要求最大升溫速度小于20℃/天。（2）烘爐過程中要定期檢查汽包水位，使之經(jīng)常保持在正常范圍。（3）烘爐中爐膛內(nèi)的燃燒火焰要均勻，不能集中于一處。（4）烘爐過程中可用事故放水門，保持汽包水位，避免雜物進(jìn)入過熱器內(nèi)。（5）烘爐過程中要定時(shí)記錄煙氣溫度，以控制溫升速度和最高溫度，不超過規(guī)定要求。

綜上所述，該起水冷壁爆管是一起典型的不按章操作引起的事故。因此加強(qiáng)司爐人員的學(xué)習(xí)、培訓(xùn)，提高司爐人員按章操作的意識(shí)，才是減少鍋爐誤操作的關(guān)鍵。

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作者簡(jiǎn)介：崔穎輝，工程師，2002年畢業(yè)于鄭州大學(xué)，畢業(yè)至今一直在鄭州鍋爐股份有限公司從事鍋爐開發(fā)、設(shè)計(jì)工作。