寧杏芳 蔣奇海 杜金寶 楊洋

（1.海南北排博華水務(wù)有限公司，?？?570204；2.北京城市排水集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100124；3.國投廣東生物能源有限公司，廣東 湛江 524399；4.北京國電龍?jiān)喘h(huán)保工程有限公司，北京 100039）

0 引言

某熱電廠2臺蒸發(fā)量為35 t/h的流化床鍋爐，蒸汽壓力為1.0 MPa，2017年投入運(yùn)行。2019年9月開始，2臺鍋爐連續(xù)發(fā)生5次副床埋管爆管，本文就爆管原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的防治措施。

1 鍋爐供汽系統(tǒng)

該鍋爐供汽系統(tǒng)流程如圖1所示，包含給水系統(tǒng)、鍋爐及冷凝水回收系統(tǒng)3個部分。給水系統(tǒng)包含軟化水裝置→軟水箱→除氧器→省煤器→汽包；鍋爐系統(tǒng)包含汽包→下降管→下集箱→上升管（水冷壁、埋管）→上集箱→汽包；回水系統(tǒng)包含1#和2#工藝?yán)淠?，工藝換熱水回水。

2 爆管檢查情況

該爐埋管所用材質(zhì)為20G，規(guī)格為DN40×5 mm。1#鍋爐爆管共2根，爆口直徑約1.5 cm的圓口，爆口位置在下埋管中部背火面。臨近右側(cè)正對爆口位置的埋管，也被噴流吹穿，形成直徑為0.5 cm的破損口。1#爆管的管道都不同程度出現(xiàn)過熱燒蝕（見圖2）。2#鍋爐爆管共6根，爆口為長度2~3 cm的縫狀爆裂口，與1#鍋爐爆管現(xiàn)象類似（見圖3）。

2.1 宏觀檢查

分別從2臺鍋爐內(nèi)取爆管后的管道進(jìn)行檢查。試樣1為1#鍋爐爆管樣，試樣2為2#鍋爐爆管樣（見圖4）。試樣1彎管存在爆口，爆口位于內(nèi)外彎之間的側(cè)面，爆口張口不大、邊緣較鈍，爆口附近外壁可見一層高溫氧化皮已剝落，爆口整體表現(xiàn)為脆性斷裂；除爆口處存在輕微脹粗外，其余位置無脹粗；彎頭內(nèi)壁可見一層較厚、致密的結(jié)垢層，管子局部腐蝕減薄嚴(yán)重。

試樣2外壁亦有一層高溫氧化皮，氧化皮致密未發(fā)生剝落，內(nèi)壁清晰可見一層較厚、致密的結(jié)垢層，內(nèi)壁局部存在較深的腐蝕坑，管子截面可見局部腐蝕減薄嚴(yán)重。同時，在埋管彎頭至爆口處近1 m距離完全被淤泥狀沉積物堵塞（見圖5），其他過熱燒蝕管存在同樣的情況。

2.2 光譜分析

為鑒別埋管材材質(zhì)（20G），排除由于材質(zhì)原因（強(qiáng)度性能）導(dǎo)致的爆管。影響碳鋼的強(qiáng)度因素較多，而Mn含量是影響鋼強(qiáng)度的最主要因素之一，文獻(xiàn)[1]表明影響實(shí)驗(yàn)鋼強(qiáng)度指標(biāo)的強(qiáng)弱次序?yàn)殄i含量、卷取溫度和終軋溫度。本次材質(zhì)分析主要以Mn含量進(jìn)行測試。

使用X-MET7000便攜式直讀光譜儀對試樣管進(jìn)行了光譜分析。光譜分析結(jié)果如表1所示。

表1 試樣管光譜分析結(jié)果

由表1可知，管材化學(xué)成分符合要求，可排除由于管材材質(zhì)原因?qū)е卤艿那闆r。

2.3 金相分析

為定性分析爆管點(diǎn)原因，根據(jù)分析標(biāo)準(zhǔn)［3-4］，則采用金相組織分析，對圖4中試樣1爆口處橫截面和試樣2距離爆口處2~3 cm的彎頭處分別進(jìn)行金相分析。

試樣基體組織為珠光體+鐵素體，聚集形態(tài)的珠光體區(qū)域已開始分散，爆口基體組織存在較多的腐蝕孔洞，部分孔洞呈鏈狀分布甚至連成腐蝕裂紋，如圖5—圖6所示。

向火面外壁存在一層較厚高溫氧化皮，且存在明顯的脫碳層；碳化物已全部變成小球狀，且大部分碳化物已分布在鐵素體晶界上，幾乎沒有找到珠光體區(qū)域的痕跡，老化級別為4級，如圖7—圖8所示。

向火面內(nèi)壁結(jié)垢較厚且致密性好，并在金屬內(nèi)壁形成腐蝕坑，內(nèi)表面未見沿晶界的腐蝕裂紋，如圖9—圖10所示。

以上金相分析結(jié)果表明，埋管爆管為脆性斷裂，管子垢下腐蝕表現(xiàn)為潰瘍式腐蝕，在晶粒上出現(xiàn)腐蝕孔洞，未見沿晶腐蝕裂紋，內(nèi)壁金屬沿晶界出現(xiàn)剝落，致使金屬內(nèi)壁腐蝕減薄，嚴(yán)重處出現(xiàn)較深腐蝕凹坑。

綜合宏觀檢查和金相分析結(jié)果推測，埋管爆管主要是內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重導(dǎo)致垢下腐蝕和超溫老化造成的。嚴(yán)重的結(jié)垢容易造成嚴(yán)重的潰瘍式垢下腐蝕，從而內(nèi)壁金屬沿晶界剝落減薄造成管子局部位置有效厚度大大降低，力學(xué)性能下降。另外管子內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重影響換熱和內(nèi)部介質(zhì)流通截面，導(dǎo)致管子超溫嚴(yán)重老化，在外壁產(chǎn)生高溫氧化皮，促使管壁厚度進(jìn)一步減薄，力學(xué)性能進(jìn)一步下降，無法承受內(nèi)部介質(zhì)壓力，導(dǎo)致脆性開裂爆管。

鍋爐其他部位拆檢顯示，水冷壁下集箱無明顯結(jié)垢現(xiàn)象，但存在較多泥狀紅褐色沉積物；除氧器內(nèi)部腐蝕較嚴(yán)重，存在較多紅褐色沉積物，同時內(nèi)壁黑色凸起斑點(diǎn)顯示既有氧腐蝕也有酸腐蝕［5］。據(jù)此推測引起爆管的主要因素是鍋爐循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)的沉積物，而導(dǎo)致沉積物累積的原因有多種，如進(jìn)水品質(zhì)差、排污不徹底、氧腐蝕結(jié)垢等。

3 問題分析

3.1 水質(zhì)監(jiān)管缺失

該熱電廠鍋爐給水主要由軟化水制水和蒸汽冷凝水回水組成，統(tǒng)一匯入除氧器后進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鍋爐水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)故障未及時修復(fù)，無法實(shí)現(xiàn)鍋爐給水、鍋爐水水質(zhì)連續(xù)在線監(jiān)測。而日常水質(zhì)檢測采用手工定期化驗(yàn)的方式監(jiān)測鍋爐水質(zhì)，但檢測項(xiàng)目只對軟化水制水系統(tǒng)中的濁度、硬度和pH值和鍋爐水水質(zhì)中的全堿度、磷酸根和溶解性固形物成分進(jìn)行每日1次的檢測，未對鍋爐給水進(jìn)行檢測，且檢查項(xiàng)目不全面［6］。

1）冷凝水回收監(jiān)管缺失。鍋爐給水除來自軟化裝置系統(tǒng)來水，約50 %的水量來自用戶裝置冷凝水回收系統(tǒng)。爆管前冷凝水回收未納入正常水質(zhì)監(jiān)管范圍內(nèi)，僅限于停開機(jī)前對水質(zhì)指標(biāo)中濁度檢測。自爆管后恢復(fù)運(yùn)行以來，冷凝回水和除氧器出口水質(zhì)指標(biāo)見表2。根據(jù)表2分析，冷凝水回水中主要以總鐵和濁度超標(biāo)較為嚴(yán)重，其次是硬度?？傝F和濁度超標(biāo)容易導(dǎo)致鍋爐系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)腐蝕結(jié)垢，從而易形成圖5中內(nèi)部淤泥沉積物。

2）除氧器氧化腐蝕。除氧器主要功能為除去溶于水中的氧及其他不凝氣體，降低鍋爐水中的氧含量，使之達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，以保證鍋爐和整個系統(tǒng)的金屬部件在高溫下不發(fā)生過度氧化腐蝕［7］。本鍋爐除氧采用熱力除氧，即將進(jìn)入除氧器中的水播散成微細(xì)的水柱液滴或微薄的水膜，同時加熱蒸汽進(jìn)入除氧器后與水直接接觸使水被加熱。由于水流細(xì)小，形成的表面積大，因此水能與蒸汽充分接觸被加熱到相應(yīng)壓力下的飽和溫度，使氧氣析出，而微細(xì)的水流又使氧易于逸出，從而達(dá)到充分的除氧［8］。而爆管前除氧器內(nèi)水質(zhì)在線設(shè)備未正常投用，無法監(jiān)測除氧器水質(zhì)溶解氧，爆管后對除氧器內(nèi)部情況觀察，氧腐蝕較明顯，見圖11。

表2 冷凝回水和除氧器出口水質(zhì)指標(biāo)

從圖11中分析看到，除氧器內(nèi)部表面形成許多疏密不均的小鼓包，表面顏色由黃褐色到磚紅色不等，次層是黑色粉末，這些都是氧腐蝕的表征。爆管后鍋爐恢復(fù)運(yùn)行開始對除氧器內(nèi)溶解氧手動監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明溶解氧（≤0.10 mg/L）［9］合格率低于60%，說明除氧器氧腐蝕較明顯，是埋管內(nèi)存在沉積物的重要原因之一。

3.2 排污系統(tǒng)長期故障

鍋爐排污系統(tǒng)主要分為連續(xù)排污和定期排污2個排污系統(tǒng)。連續(xù)排污主要目的是為了保持鍋爐水中鹽的濃度和堿的濃度恒定；定期排污的主要作用就是排除積聚在鍋爐下部的水渣等軟質(zhì)沉淀物（積累的泥土、雜質(zhì)、腐蝕產(chǎn)物和粘性物質(zhì)［10］）。爆管前2臺鍋爐定期排污閥門長期故障排污不徹底，且運(yùn)行人員未嚴(yán)格按照操作要求定期進(jìn)行排污，導(dǎo)致鍋爐內(nèi)沉淀物日積月累，進(jìn)而引起爆管。

4 防治對策

對于鍋爐埋管爆管，主要因水質(zhì)監(jiān)管缺失而產(chǎn)生的埋管沉積物堵塞爆管。為防止考慮因水質(zhì)差導(dǎo)致爆管，就必須要采用一些系統(tǒng)的方法全方位的控制各個方面的要素。然而，在實(shí)際控制工作進(jìn)行的過程當(dāng)中要想兼顧各個方面的內(nèi)容實(shí)踐起來有著相當(dāng)?shù)睦щy，采用單純的技術(shù)無法使其得到全面的解決。因此在實(shí)際工作的過程當(dāng)中，要全方位的結(jié)合各個方面的因素綜合對其進(jìn)行考慮，具體考慮以下措施。

4.1 加強(qiáng)鍋爐水質(zhì)監(jiān)測

1）恢復(fù)鍋爐水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)和冷凝水回水水質(zhì)，保證實(shí)時監(jiān)測?；謴?fù)鍋爐給水和鍋爐水水質(zhì)在線檢測系統(tǒng)，保證鍋爐給水硬度、總鐵、濁度和溶氧在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；除保證鍋爐水磷酸鹽、堿度等關(guān)鍵指標(biāo)可實(shí)時控制外［11］，還需增加硅酸鹽（可能因鍋爐外系統(tǒng)流入）指標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

2）加強(qiáng)水質(zhì)管理。除上述恢復(fù)設(shè)備設(shè)施外，同時需加強(qiáng)水質(zhì)管理。如對回水情況，應(yīng)堅(jiān)持冷凝水回水水質(zhì)合格后方可回收的原則，對不合格回水考慮增加預(yù)處理系統(tǒng)后回收鍋爐系統(tǒng)［12］。并且定期安排專業(yè)質(zhì)檢人員對鍋爐水質(zhì)進(jìn)行定檢與考核。保證水質(zhì)指標(biāo)處于精細(xì)化操作水平。

4.2 保證鍋爐排污系統(tǒng)通暢

同時，需恢復(fù)鍋爐排污系統(tǒng)自控閥門，保證鍋爐各方位定期和連續(xù)排污，防止因爐內(nèi)過多結(jié)垢物停留在系統(tǒng)內(nèi)。

4.3 定期化學(xué)清洗

即使有完善的補(bǔ)給水處理工藝和合理的鍋內(nèi)水工況，仍然不可避免地會有雜質(zhì)隨給水進(jìn)入系統(tǒng)。同時鍋爐頻繁停運(yùn)期間會遭到腐蝕，腐蝕產(chǎn)物和雜質(zhì)將會形成水垢［13］，影響鍋爐水汽特性。則需根據(jù)鍋爐情況在大修期間對鍋爐水質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行酸洗和鈍化。保證鍋爐管的傳熱和流通［14］。

綜上所述，保證鍋爐正常運(yùn)行對生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定有著非凡意義，其中加強(qiáng)鍋爐系統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)管和運(yùn)行管理對防止鍋爐系統(tǒng)發(fā)生爆管事件有著重要意義。