趙 強(qiáng)，張路軍

（山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院濟(jì)寧分院，山東濟(jì)寧 272000）

0 引言

某單位自備電廠1 臺75 t/h 低速循環(huán)流化床，額定壓力為5.3 MPa，額定汽溫為485 ℃。2001 年投入使用后，一直未能帶滿負(fù)荷（最大負(fù)荷約為60 t/h），而且流化狀況較差，在負(fù)荷大的時(shí)候，還容易出現(xiàn)局部結(jié)焦的現(xiàn)象。最近幾年由于用汽量增加，為提高鍋爐出力、解決局部結(jié)焦的問題，對鍋爐進(jìn)行改造。采取封堵布風(fēng)板四周部分風(fēng)帽，減少通風(fēng)截面，提高風(fēng)速、改善流化狀況、強(qiáng)化埋管換熱的方法，同時(shí)還對磨損嚴(yán)重的中、下排埋管進(jìn)行更換。改造維修后，流化狀況得到改善，沒有再出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，鍋爐最大負(fù)荷提高到72 t/h。但改造后運(yùn)行半年，即頻繁發(fā)生爆管事故，爆管后，對泄漏的埋管采取封堵方法，然后繼續(xù)運(yùn)行，此后爆管事故不斷，由開始間隔為1 個(gè)多月，后來最短的時(shí)候到2 天，致使鍋爐多次緊急停爐，給單位造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

1 原因分析

1.1 檢驗(yàn)情況

該鍋爐密相區(qū)設(shè)計(jì)有埋管4 組，材質(zhì)為20G，規(guī)格為Φ57×10 mm，外壁焊有防磨鰭片?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)兩側(cè)埋管基本完好，中間2 組多處爆管泄漏，爆管附近處埋管因沖刷也出現(xiàn)泄漏；部分埋管嚴(yán)重彎曲變形（圖1）。泄漏、變形的埋管多集中在爐膛中部，爆破位置在埋管中上段，距埋管出口集箱較近。

埋管的循環(huán)回路為：鍋筒中的水經(jīng)集中下降管分配到埋管入口集箱，經(jīng)埋管進(jìn)入出口集箱，然后經(jīng)連接管進(jìn)入水平煙道左右包墻水冷壁，再經(jīng)連接管進(jìn)入鍋筒。分析埋管的水循環(huán)回路，其設(shè)計(jì)符合要求。

1.2 腐蝕和高溫氧化，使埋管冷卻變差，導(dǎo)致材料超溫

宏觀檢查埋管無明顯磨損痕跡。對爆口附近可測量部位進(jìn)行測厚，測厚數(shù)值均在（8.5～10）mm，剩余壁厚遠(yuǎn)大于最小壁厚，可以判定磨損減薄不是造成爆管事故的原因。

對鍋爐埋管維修管材原始資料進(jìn)行復(fù)查，對割除下來爆管的管段進(jìn)行光譜分析，數(shù)據(jù)符合GB/T 5310—2008 標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖1 變形的埋管

對變形和爆破的埋管進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)變形最嚴(yán)重的管子，外壁顏色發(fā)黑，外壁氧化層厚度約2 mm。發(fā)生爆管的埋管有輕微脹粗現(xiàn)象，爆口為縱向開裂，爆口邊緣為鈍邊（圖2），其開裂嚴(yán)重的1 處長度為140 mm，寬度最大處為4 mm。具有長期超溫爆管的特征。

對爆破和變形嚴(yán)重的埋管進(jìn)行割管檢查，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)生成的氧化層非常嚴(yán)重，較少的厚度也＞2 mm，有的已經(jīng)形成塊狀（圖3），將管內(nèi)基本堵死。其顏色為黑色，較疏松。經(jīng)分析，F(xiàn)e3O4為10.9%，F(xiàn)e2O3為87.2%，Na3PO4為1.8%。

埋管為更換不久的新鋼管，由于未進(jìn)行堿煮和鈍化，未能在表面形成良好的鈍化保護(hù)膜，使運(yùn)行中腐蝕加劇。當(dāng)鍋爐給水中含有氧時(shí)，就會使?fàn)t管電化學(xué)腐蝕加劇，其最終腐蝕產(chǎn)物為Fe（OH）3，脫水后為Fe2O3。在（450～570）℃時(shí)，水蒸汽也會與碳鋼發(fā)生反應(yīng)，生成疏松的Fe3O4，當(dāng)溫度為570 ℃以上時(shí)，其反應(yīng)生成物為Fe2O3。

由于生成的Fe 的氧化物比較疏松，再加上汽水流動、鍋爐振動等不穩(wěn)定因素，氧化層有時(shí)會出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，汽水與剝落氧化層之后的碳鋼表面繼續(xù)反應(yīng)，或者是通過疏松的空隙與碳鋼表面反應(yīng)，使腐蝕不斷進(jìn)行。由于埋管一般為與水平線夾角12°傾斜布置，腐蝕產(chǎn)物容易沉積，導(dǎo)致管內(nèi)流通面積減少，汽水流動受阻，使埋管冷卻變差，出現(xiàn)超溫情況，隨著氧化物沉積的增多，超溫現(xiàn)象更為嚴(yán)重，最終導(dǎo)致埋管變形、爆管。

1.3 風(fēng)室進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)不合理，流化不好，導(dǎo)致中部埋管熱負(fù)荷過大

鍋爐風(fēng)室進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)如圖4。由于采用前面兩側(cè)進(jìn)風(fēng)，A 區(qū)處于左右側(cè)氣流交匯處，在兩側(cè)氣流強(qiáng)度差別不大的情況下，A 區(qū)由于氣流速度降低，靜壓升高，導(dǎo)致該處風(fēng)帽中小孔風(fēng)速高，流化好。而B、C 區(qū)為截面突變區(qū)域，會產(chǎn)生渦流。渦流的存在，使該處氣流能量損失增大，同時(shí)使壓頭降低，因此該處風(fēng)帽中小孔風(fēng)速較低，流化較差。當(dāng)給煤顆粒度較大時(shí)，該情況尤其突出。上述情況也是運(yùn)行中B、C 區(qū)易于結(jié)焦的原因。使用單位也反映，在進(jìn)行流化試驗(yàn)時(shí)，B、C 區(qū)基本沒有沸騰現(xiàn)象。這樣使中部埋管處于高風(fēng)速區(qū)，換熱強(qiáng)烈，熱負(fù)荷較大。

1.4 改造、維修不當(dāng)，加劇埋管熱負(fù)荷不均的現(xiàn)象

圖2 爆口部分形貌

圖3 管內(nèi)氧化物

在帶有埋管的低速流化床中，埋管的蒸發(fā)量占鍋爐出力的一半以上。因此在鍋爐負(fù)荷變大時(shí)，埋管中水的含汽率比較高。該鍋爐從頻繁發(fā)生事故的時(shí)間看，都是在對布風(fēng)板改造后發(fā)生的。布風(fēng)板改造后，通風(fēng)面積縮小，風(fēng)帽小孔風(fēng)速提高，犧牲了爐膛靠近四周澆注料的埋管的換熱，使鍋爐B、C 區(qū)靠近中部的區(qū)域流化狀況有所改善，鍋爐帶負(fù)荷能力提高，但并沒有根本上解決風(fēng)室風(fēng)壓不均勻的問題，從而沒有解決流化不均勻的現(xiàn)象。四周封堵風(fēng)帽后，使改造前中部原本小孔風(fēng)速高、流化好的地方，在改造后，小孔風(fēng)速進(jìn)一步提高，換熱更為強(qiáng)烈，中部埋管熱負(fù)荷過大，管內(nèi)含汽率較高。傾斜安裝的埋管也容易出現(xiàn)汽塞和汽水分層，最終個(gè)別管子會因產(chǎn)生的蒸汽量大，出現(xiàn)傳熱惡化，在埋管局部出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，過多的蒸汽一旦形成汽塞，循環(huán)流速會進(jìn)一步下降，會加劇超溫情況，也加劇了汽水腐蝕速度。隨著腐蝕產(chǎn)物的產(chǎn)生，超溫現(xiàn)象進(jìn)一步加劇，進(jìn)入惡性循環(huán)，導(dǎo)致過熱爆管。使用單位在埋管爆破后，為不影響使用，搶修時(shí)采用了簡單的封堵，使附近埋管熱負(fù)荷進(jìn)一步增加，從而導(dǎo)致附近熱負(fù)荷較高的埋管繼續(xù)爆管。

圖4 鍋爐風(fēng)室結(jié)構(gòu)

1.5 爆管原因

綜上所述，該鍋爐埋管頻繁爆管主要是由于流化不均勻、改造維修不當(dāng)，使部分埋管熱負(fù)荷過高，致使埋管內(nèi)出現(xiàn)大量水蒸汽，導(dǎo)致傳熱惡化；而汽水腐蝕產(chǎn)物的堆積加劇了材料超溫情況，最終導(dǎo)致埋管過熱爆管。

2 處理措施

（1）更換變形、泄漏、封堵的埋管。更換后進(jìn)行清洗和鈍化，清除內(nèi)部的氧化層，并形成致密的鈍化層，降低運(yùn)行時(shí)的腐蝕。

（2）對風(fēng)室進(jìn)風(fēng)進(jìn)行改造。改造示意圖如圖5。在兩側(cè)進(jìn)風(fēng)道內(nèi)增加導(dǎo)流板，考慮到床下點(diǎn)火溫度較高，因此采用了304 不銹鋼作為導(dǎo)流板材料。導(dǎo)流板的采用，是為了消除B、C 兩個(gè)渦流區(qū)，基本上使進(jìn)入風(fēng)室的氣流以較為均勻的方式布滿整個(gè)風(fēng)室，減少風(fēng)室內(nèi)的風(fēng)壓的偏差。運(yùn)行情況表明，其流化狀況明顯好轉(zhuǎn)。鍋爐基本能接近滿負(fù)荷狀態(tài)。

（3）恢復(fù)封堵的風(fēng)帽，避免單根埋管熱負(fù)荷過高，靠均衡埋管熱負(fù)荷，提高鍋爐出力。

（4）由于隨給煤顆粒度的增大，要保證流化良好，小孔風(fēng)速也要相應(yīng)提高，因此運(yùn)行中，要控制好給煤顆粒度。

圖5 改造后的進(jìn)風(fēng)示意

3 結(jié)束語

經(jīng)過上述處理后，至今已運(yùn)行5 年，未在發(fā)生爆管現(xiàn)象，最大帶負(fù)荷能力基本維持在70 t/h 以上。