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鍋爐技術 | 鍋爐承壓部件泄露或爆破是怎么回事?

來源:??诵畔ⅰ顚I的鍋爐垂直行業平臺!  |  2025-05-05    瀏覽1186次

(一)“四管”爆漏的現象


    鍋爐承壓部件的爆漏主要是“四管”爆漏,當然還包括爐內其它一些管段的泄露和爆破。“四管”爆漏是指鍋爐水冷壁管、過熱器管、再熱器管和省煤器管產生泄露及爆破。




    受熱面泄露時,爐膛或煙道內有爆破或泄露聲,煙氣溫度降低、兩側煙溫偏差增大,排煙溫度降低,引風機出力增大,爐膛負壓指示偏正。


    省煤器泄露時,在省煤器灰斗中可以看到濕灰甚至灰水滲出,給水流量不正常地大于蒸汽流量,泄露側空預器熱風溫度降低;過熱器和再熱器泄露時蒸汽壓力下降,蒸汽溫度不穩定,泄露處由明顯泄露聲;水冷壁爆破時,爐膛內發出強烈響聲,爐膛向外冒煙、冒火和冒汽,燃燒不穩定甚至發生鍋爐滅火,鍋爐爐膛出口溫度降低,主汽壓、主汽溫下降較快,給水量大量增加。


    受熱面爐管泄露后,發現或停爐不及時往往會沖刷其他管段,造成事故擴大。




(二)“四管”爆漏原因分析


    盡管鍋爐“四管”爆漏的機理復雜,但是基于對歷史數據的分析,發現絕大多數爆漏問題可以劃歸為3類。


    (1)慢性、累積型爆管:包括由蠕變、疲勞、腐蝕和磨損等引起的爐管爆漏。這類問題一般與運行時間相關,隨著機組運行累計時間的延長和設備的老化,這類問題呈現上升的趨勢


    (2)先天缺陷引起的爆管:這往往是由于制造、安裝或檢修等環節的質量控制問題引起,如焊接缺陷。這類爐管爆漏隨時間的推移呈逐漸下降的趨勢。


    (3)快速、隨意型爆管:這類爆管往往是由于運行中的短期異常問題引起,比如運行中的汽水回路流量中斷、吹灰器異常吹損等。這類爐管爆漏問題一般是由短期因素作用引起,它的發生幾率和機組的運行時間無關。


    引起四管爆漏的原因很多,包括設計、制造、安裝、檢修、運行及煤種等多方面,某一四管爆漏故障往往非單一因素所致,而是多種因素同時存在并交互作用的結果。通過對故障事故的分析,大致可以歸納為如下幾方面的原因:


    (1)鍋爐運行中操作不當,爐管受熱或冷卻不均勻,產生較大的應力


    1) 冷爐進水時,水溫或上水速度不符合規定;啟動時,升溫升壓或升負荷速度過快;停爐時冷卻過快。


    2) 機組在啟停或變工況運行時,工作壓力周期性變化導致機械應力周期性變化;同時,高溫蒸汽管道和部件由于溫度交變產生熱應力,兩者共同作用造成承壓部件發生疲勞破壞。



    (2)運行中汽溫超限,使管子過熱,蠕變速度加快


    1) 超溫與過熱

    超溫是指金屬超過額定溫度運行。超溫分為長期超溫和短期超溫,長期超溫和短期超溫是一個相對概念,沒有嚴格時間限定。超溫是指運行而言,過熱是針對爆管而言。


    過熱可分為長期過熱和短期過熱兩大類,長期過熱爆管是指金屬在應力和超溫溫度的長期作用下導致爆破,其溫度水平要比短期過熱的水平低很多,通常不超過鋼的臨界點溫度。


    短期過熱爆管是指,在短期內由于管子溫度升高在應力作用下爆破,其溫度水平較高,通常超過鋼的臨界點溫度,會導致金屬組織變化發生相變。


    長期過熱是一個緩慢的過程,鍋爐運行中管子長期處于設計溫度以上而低于材料的的下臨界溫度,逐漸發生碳化物球化、管壁氧化減薄、持久強度下降、蠕變速度加快而導致爆管。


    根據工作應力水平,長期過熱爆管可分為三類:

    高溫蠕變型、應力氧化裂紋型過熱爆管主要發生在過熱器中,氧化減薄型過熱爆管主要發生在再熱器中。


    長期過熱的主要原因包括熱偏差、熱力計算失誤、錯用鋼材及異物堵塞。


    短期過熱是一個突發過程,運行中管子金屬溫度超過材料的下臨界溫度,因內部介質壓力作用發生爆裂。


    短期過熱通常發生在水冷壁、過熱器和再熱器向火面。


    2) 熱偏差

    影響熱偏差的主要因素是熱應力不均和水力不均。


    3) 傳熱惡化

    第一類傳熱惡化也稱作膜太沸騰,是指管外熱負荷過大,因管壁形成汽膜導致的沸騰傳熱惡化。第一類傳熱惡化所對應的臨界熱負荷非常大,大型電站鍋爐一般不會發生。


    第二類傳熱惡化即管內環狀流動的水膜被撕破或者“蒸干”。發生第二類傳熱惡化的熱負荷低于第一類傳熱惡化的熱負荷值。直流爐因加熱、蒸發、過熱三階段無明顯分界點,工質含汽率x 由0逐漸上升到1,發生第二類傳熱惡化不可避免。


    直流鍋爐蒸發受熱面的沸騰傳熱惡化現象主要與工質的質量流速、工作壓力、含汽率和管外熱負荷有關。



    (3)受熱面磨損


    受熱面磨損是由含灰氣流對受熱面沖刷撞擊造成的。受熱面磨損的速度與氣流速度的三次方成正比,與飛灰濃度成正比,與管子的排列方式、管子的耐磨性能有關,同時,飛灰硬度、形狀、直徑大小也是影響受熱面磨損速度的因素。


    受熱面磨損是省煤器爆管的主要原因。



    (4)受熱面腐蝕


    1) 爐管內高溫氧化腐蝕。受熱面管子中鐵離子在一定的溫度下氧化,隨著受熱面壁溫度升高,氧化速度不斷加快;當溫度高于580℃時,爐管金屬內壁氧化皮層由FeO、Fe2O3、Fe3O4三種氧化物組成,最靠近金屬的氧化物FeO構成氧化層的主要部分。


    由于FeO的晶體疏松不緊密,晶體缺陷多,易造成氧化層脫落,使金屬與氧易于接觸而重新氧化,加速了氧化過程,產生高溫氧化腐蝕破壞。同時,氧化皮脫落導致受熱面堵塞,管子過熱爆管。


    2) 爐管內結垢、腐蝕。給水品質不良,爐水品質差,引起爐管管內結垢,結垢后易產生垢下腐蝕。同時,結垢使傳熱熱阻增大,管壁溫度上升,強度減弱,發生爆管。


    3) 受熱面的高溫黏結灰和高溫腐蝕。在高溫煙氣環境中,飛灰沉積在受熱面管子表面,煙氣和飛灰中的有害成分(復合硫酸鹽)會與管子金屬發生化學反應,使管壁減薄、強度降低,稱為高溫腐蝕。


    4) 制造、安裝、檢修質量不良。如管材或管子鋼號錯誤、管子焊口質量不合格、彎頭處管壁嚴重減薄。