電站鍋爐過熱器爆管原因分析論文

導語：電站鍋爐過熱器爆管原因分析論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

0前言

隨著我國電力工業建設的迅猛發展，各種類型的大容量火力發電機組不斷涌現,鍋爐結構及運行更加趨于復雜,不可避免地導致并聯各管內的流量與吸熱量發生差異。當工作在惡劣條件下的承壓受熱部件的工作條件與設計工況偏離時,就容易造成鍋爐爆管。

事實上，當爆管發生時常采用所謂快速維修的方法，如噴涂或襯墊焊接來修復，一段時間后又再爆管。爆管在同一根管子、同一種材料或鍋爐的同一區域的相同斷面上反復發生，這一現象說明鍋爐爆管的根本問題還未被解決。因此，了解過熱器爆管事故的直接原因和根本原因，搞清管子失效的機理，并提出預防措施，減少過熱器爆管的發生是當前的首要問題。

1過熱器爆管的直接原因

造成過熱器、再熱器爆管的直接原因有很多，主要可以從以下幾個方面來進行分析。

1.1設計因素

1.熱力計算結果與實際不符

熱力計算不準的焦點在于爐膛的傳熱計算，即如何從理論計算上較合理的確定爐膛出口煙溫和屏式過熱器的傳熱系數缺乏經驗，致使過熱器受熱面的面積布置不夠恰當，造成一、二次汽溫偏離設計值或受熱面超溫。

2.設計時選用系數不合理

如華能上安電廠由B&W公司設計、制造的“W”型鍋爐，選用了不合理的受熱面系數，使爐膛出口煙溫實測值比設計值高80～100℃；又如富拉爾基發電總廠2號爐(HG-670/140-6型)選用的鍋爐高寬比不合理，使爐膛出口實測煙溫高于設計值160℃。

3.爐膛選型不當

我國大容量鍋爐的早期產品，除計算方法上存在問題外，缺乏根據燃料特性選擇爐膛尺寸的可靠依據，使設計出的爐膛不能適應煤種多變的運行條件。

爐膛結構不合理，導致過熱器超溫爆管。爐膛高度偏高，引起汽溫偏低。相反，爐膛高度偏低則引起超溫。

4.過熱器系統結構設計及受熱面布置不合理

調研結果表明，對于大容量電站鍋爐，過熱器結構設計及受熱面布置不合理，是導致一、二次汽溫偏離設計值或受熱面超溫爆管的主要原因之一。

過熱器系統結構設計及受熱面布置的不合理性體現在以下幾個方面：

(1)過熱器管組的進出口集箱的引入、引出方式布置不當，使蒸汽在集箱中流動時靜壓變化過大而造成較大的流量偏差。

(2)對于蒸汽由徑向引入進口集箱的并聯管組，因進口集箱與引入管的三通處形成局部渦流，使得該渦流區附近管組的流量較小，從而引起較大的流量偏差。引進美國CE公司技術設計的配300MW和600MW機組的控制循環鍋爐屏再與末再之間不設中間混合集箱，屏再的各種偏差被帶到末級去，導致末級再熱器產生過大的熱偏差。如寶鋼自備電廠、華能福州和大連電廠配350MW機組鍋爐，石橫電廠配300MW機組鍋爐以及平坪電廠配600MW機組鍋爐再熱器超溫均與此有關。

(3)因同屏(片)并聯各管的結構(如管長、內徑、彎頭數)差異，引起各管的阻力系數相差較大，造成較大的同屏(片)流量偏差、結構偏差和熱偏差，如陡河電廠日立850t/h鍋爐高溫過熱器超溫就是如此。

(4)過熱器或再熱器的前后級之間沒有布置中間混合聯箱而直接連接，或者未進行左右交叉，這樣使得前后級的熱偏差相互疊加。

在實際運行過程中，上述結構設計和布置的不合理性往往是幾種方式同時存在，這樣加劇了受熱面超溫爆管的發生。

5.壁溫計算方法不完善，導致材質選用不當

從原理上講，在對過熱器和再熱器受熱面作壁溫校核時，應保證偏差管在最危險點的壁溫也不超過所用材質的許用溫度。而在實際設計中，由于對各種偏差的綜合影響往往未能充分計及，導致校核點計算壁溫比實際運行低，或者校核點的選擇不合理，這樣選用的材質就可能難以滿足實際運行的要求，或高等級鋼材未能充分利用。

6.計算中沒有充分考慮熱偏差

如淮北電廠5號爐過熱器在后屏設計中沒有將前屏造成的偏差考慮進去，影響了管材的正確使用，引起過熱器爆管。

1.2制造工藝、安裝及檢修質量

從實際運行狀況來看，由于制造廠工藝問題、現場安裝及電廠檢修質量等原因而造成的過熱器和再熱器受熱面超溫爆管與泄漏事故也頗為常見，其主要問題包括以下幾個方面。

1.焊接質量差

如大同電廠6號爐，在進行鍋爐過熱器爆管后的換管補焊時，管子對口處發生錯位，使管子焊接后存在較大的殘余應力，管壁強度降低，長期運行后又發生泄漏。

2.聯箱中間隔板焊接問題

聯箱中間隔板在裝隔板時沒有按設計要求加以滿焊，引起聯箱中蒸汽短路，導致部分管子冷卻不良而爆管。

3.聯箱管座角焊縫問題

據調查，由于角焊縫未焊透等質量問題引起的泄漏或爆管事故也相當普遍。如神頭電廠5號爐(捷克650t/h亞臨界直流鍋爐)包墻過熱器出口聯箱至混合聯箱之間導汽管曾在水壓試驗突然斷裂飛脫，主要原因是導汽管與聯箱連接的管角焊縫存在焊接冷裂紋。

4.異種鋼管的焊接間題

在過熱器和再熱器受熱面中，常采用奧氏體鋼材的零件作為管卡和夾板，也有用奧氏體管作為受熱面以提高安全裕度。奧氏體鋼與珠光體鋼焊接時，由于膨脹系數相差懸殊，已發生過數次受熱面管子撕裂事故。

此外，一種鋼管焊接時往往有接頭兩邊壁厚不等的問題，不同壁厚主蒸汽管的焊接接頭損壞事故也多次發生。一些廠家認為，在這種情況下應考慮采用短節，以保證焊接接頭兩側及其熱影響區范圍內壁厚不變。

5.普通焊口質量問題

鍋爐的受熱面絕大多數是受壓元件，尤其是過熱器和再熱器系統，其管內工質的溫度和壓力均很高，工作狀況較差，此時對于焊口質量的要求就尤為嚴格。但在實際運行中，由于制造廠焊口、安裝焊口和電廠檢修焊口質量不合格(如焊口毛刺、砂眼等)而引起的爆管、泄漏事故相當普遍，其后果也相當嚴重。

6.管子彎頭橢圓度和管壁減薄問題

GB9222-88水管鍋爐受壓無件強度計算標準規定了彎頭的橢圓度，同時考慮了彎管減薄所需的附加厚度。該標準規定，對彎管半徑R>4D的彎頭，彎管橢圓度不大于8%。但實測數據往往大于此值，最大達21%，有相當一部分彎頭的橢圓度在9%～12%之間。

另外，實測數據表明，有不少管子彎頭的減薄量達23%～28%，小于直管的最小需要壁厚。因此，希望對彎管工藝加以適當的改進，以降低橢圓度和彎管減薄量，或者增加彎頭的壁厚。

7.異物堵塞管路

鍋爐在長期運行中，銹蝕量較大，但因管徑小，無法徹底清除，管內銹蝕物沉積在管子底部水平段或彎頭處，造成過熱而爆管。在過熱器的爆管事故中，由干管內存在制造、安裝或檢修遺留物引起的事故也占相當的比例。如長春熱電二廠1號爐因管路堵塞造成短時超溫爆管。

8.管材質量問題

鋼材質量差。管子本身存在分層、夾渣等缺陷，運行時受溫度和應力影響缺陷擴大而爆管。由于管材本身的質量不合格造成的爆破事故不像前述幾個問題那么普遍，但在運行中也確實存在。

9.錯用鋼材

如靖遠電廠4號爐的制造、維修過程中，應該用合金鋼的高溫過熱器出口聯箱管座錯用碳鋼，使碳鋼管座長期過熱爆破。為此，在制造廠制造加工和電廠檢修時應注意嚴格檢查管材的質量，加以避免。

10.安裝質量問題

如揚州發電廠DG-670/140-8型固態排渣煤粉爐的包墻過熱器未按照圖紙要求施工，使管子排列、固定和膨脹間隙出現問題，從而導致爆管。這類問題在機組試運行期間更為多見。

1.3調溫裝置設計不合理或不能正常工作

為確保鍋爐的安全、經濟運行，除設計計算應力求準確外，汽溫調節也是很重要的一環。大容量電站鍋爐的汽溫調節方式較多，在實際運行中，由于調溫裝置原因帶來的問題也較多，據有關部門調查，配200MW機組的鍋爐80%以上的再熱蒸汽調溫裝置不能正常使用。

1.減溫水系統設計不合理

某些鍋爐在噴水減溫系統設計中，往往用一只噴水調節閥來調節一級噴水的總量，然后將噴水分別左右兩個回路。這時，當左右側的燃燒工況或汽溫有較大偏差時，就無法用調整左右側噴水量來平衡兩側的汽溫。

2.噴水減溫器容量不合適

噴水式減溫器一般設計噴水量約為鍋爐額定蒸發量的3%～5%，但配200MW機組的鍋爐由于其汽溫偏離設計值問題比較突出，許多電廠均發現噴水減溫器容量不夠。如：邢臺電廠、沙角A電廠和通遼電廠等都將原減溫水管口放大，以滿足調溫需要；對再熱蒸汽，由于大量噴水對機組運行的經濟性影響較大，故設計時再熱蒸汽的微量噴水一般都很小，或不用噴水。然而，在實際運行中，因再熱器超溫，有些電廠不得不用加大噴水量來解決。

3.噴水減溫器調節閥調節性能問題

噴水減溫器的噴水調節閥的調節性能也是影響減溫系統調溫效果的因素之一。調研結果表明，許多國產閥門的調節性能比較差，且漏流嚴重，這在一定程度上影響了機組的可靠性和經濟性。

4.減溫器發生故障

如巴陵石化公司動力廠5號爐，將減溫器I級調節閥固定，用II級調節閥調節。因起主調作用的I級減溫器減溫水投入少，冷卻屏式過熱器、高溫過熱器的效果差，增加過熱器超溫的可能。

5.再熱器調節受熱面

所謂再熱器調節受熱面是指用改變通過的蒸汽量來改變再熱蒸汽的吸熱量，從而達到調節再熱汽溫的一種附加受熱面。蘇制Efl670/140型鍋爐的再熱汽溫的調節就是利用這一裝置實現的。但是由于運行時蒸汽的重量流速低于設計值，而鍋爐負荷則高于設計值，因而馬頭電廠5,6號爐都曾發生再熱器調節受熱面管子過熱超溫事故，后經減少調節受熱面面積和流通截面積，才解決了過熱問題。

6.擋板調溫裝置

采用煙氣擋板調溫裝置的鍋爐再熱蒸汽溫度問題要好于采用汽——汽熱交換器的鍋爐。擋板調溫可改變煙氣量的分配，較適合純對流傳熱的再熱蒸汽調溫，但在煙氣擋板的實際應用中也存在一些問題：

(1)擋板開啟不太靈活，有的電廠出現銹死現象；

(2)再熱器側和過熱器側擋板開度較難匹配，擋板的最佳工作點也不易控制，運行人員操作不便，往往只要主蒸汽溫度滿足就不再調節。有些電廠還反映用調節擋板時，汽溫變化滯后較為嚴重。

7.煙氣再循環

煙氣再循環是將省煤器后溫度為250～350℃的一部分煙氣，通過再循環風機送入爐膛，改變輻射受熱面與對流受熱面的吸熱量比例，以調節汽溫。

采用這種調溫方式能夠降低和均勻爐膛出口煙溫，防止對流過熱器結渣及減小熱偏差，保護屏式過熱器及高溫對流過熱器的安全。一般在鍋爐低負荷時，從爐膛下部送入，起調溫作用；在高負荷時，從爐膛上部送入，起保護高溫對流受熱面的作用。此外，還可利用煙氣再循環降低爐膛的熱負荷，防止管內沸騰傳熱惡化的發生，并能抑制煙氣中NOx的形成，減輕對大氣的污染。但是，由于這種方式需要增加工作于高煙溫的再循環風機，要消耗一定的能量，且因目前再循環風機的防腐和防磨問題遠未得到解決，因而限制了煙氣再循環的應用。此外，采用煙氣再循環后，對爐膛內煙氣動力場及燃燒的影響究竟如何也有待于進一步研究。

因此，從原理上將煙氣再循環是一種較理想的調溫手段，對于大型電站鍋爐的運行是十分有利的。但因種種原因，實際運行時極少有電廠采用。

8.火焰中心的調節

改變爐膛火焰中心位置可以增加或減少爐膛受熱面的吸熱量和改變爐膛出口煙氣溫度，因而可以調節過熱器汽溫和再熱器汽溫。但要在運行中控制爐膛出口煙溫，必須組織好爐內空氣動力場，根據鍋爐負荷和燃料的變化，合理選擇燃燒器的運行方式。按燃燒器形式的不同，改變火焰中心位置的方法一般分為兩類：擺動式燃燒器和多層燃燒器。擺動式燃燒器多用于四角布置的鍋爐中。在配300MW和600MW機組的鍋爐中應用尤為普遍。試驗表明，燃燒器噴嘴傾角的變化對再熱器溫和過熱器溫都有很大的影響，當采用多層燃燒器時，火焰位置改變可以通過停用一層燃燒器或調節上下一、二次風的配比來實現，如停用下排燃燒器可使火焰位置提高。遺憾的是，在實際運行時效果不甚理想。

1.4運行狀況對過熱器超溫、爆管的影響

過熱器調溫裝置的設計和布置固然對于過熱器系統的可靠運行起著決定性的作用，但是，鍋爐及其相關設備的運行狀況也會對此造成很大的影響，而后者又往往受到眾多因素的綜合影響。因此，如何確保鍋爐在理想工況下運行是一個有待深入研究的問題。

1.蒸汽品質不良，引起管內結垢嚴重，導致管壁過熱爆管

如鎮海發電廠6號爐(DG-670/140-8)曾因這類問題引起7次爆管。

2.爐內燃燒工況

隨著鍋爐容量的增大，爐內燃燒及氣流情況對過熱器和再熱器系統的影響就相應增大。如果運行中爐內煙氣動力場和溫度場出現偏斜，則沿爐膛寬度和深度方向的煙溫偏差就會增加，從而使水平煙道受熱面沿高度和寬度方向以及尾部豎井受熱面沿寬度和深度方向上的煙溫和煙速偏差都相應增大；而運行中一次風率的提高，有可能造成燃燒延遲，爐膛出口煙溫升高。如美國CE公司習慣采用，也是我國大容量鍋爐中應用最廣泛的四角布置切圓燃燒技術常常出現爐膛出口較大的煙溫或煙速偏差，爐內煙氣右旋時，右側煙溫高；左旋時左側煙溫高。有時，兩側的煙溫偏差還相當大(石橫電廠6號1025t/h爐最大時曾達250℃)，因而引起較大的汽溫偏差。

3.高壓加熱器投人率低

我國大容量機組的高壓加熱器投入率普遍較低，有的機組高加長期停運。對于200MW機組，高壓加熱器投與不投影響給水溫度80℃左右。計算及運行經驗表明，給水溫度每降低1℃，過熱蒸汽溫度上升0.4～0.5℃。因此，高加停運時，汽溫將升高32～40℃。可見給水溫度變化對蒸汽溫度影響之大。

4.煤種的差異

我國大容量鍋爐絕大部分處于非設計煤種下運行，主要表現在實際用煤與設計煤種不符、煤種多變和煤質下降等。燃燒煤種偏離設計煤種，使著火點延遲，火焰中心上移，當爐膛高度不足，過熱器就會過熱爆管。

燃料成分對汽溫的影響是復雜的。一般說來，直接影響燃燒穩定性和經濟性的主要因素是燃料的低位發熱量和揮發份、水分等。此外，灰熔點及煤灰組份與爐膛結焦和受熱面沾污的關系極為密切。當燃料熱值提高時，由于理論燃燒溫度和爐膛出口煙溫升高，可能導致爐膛結焦，過熱器和再熱器超溫。當灰份增加時，會使燃燒惡化，燃燒過程延遲，火焰溫度下降，一般，燃料中灰份越多，在實際運行中汽溫下降幅度越大。另外，灰份增加，還會使受熱面磨損和沾污加劇；揮發份增大時，燃燒過程加快，蒸發受熱面的吸熱量增加，因而汽溫呈下降趨勢。當水分增加時，如燃料量不變，則煙溫降低，煙氣體積增加，最終使汽溫上升。據有關部門計算：水分增加1%，過熱器出口蒸汽溫度升高約1℃左右。

5.受熱面沾污

國產大容量鍋爐有的不裝吹灰器(前期產品)，或有吹灰器不能正常投用，往往造成爐膛和過熱器受熱面積灰，特別在燃用高灰份的燃料時，容易造成爐膛結焦，使過熱器超溫。對于汽溫偏低的鍋爐，如過熱器積灰，將使汽溫愈加偏低。因此，吹灰器能否正常投用，對鍋爐安全和經濟運行有一定影響。

6.磨損與腐蝕

鍋爐燃料燃燒時產生的煙氣中帶有大量灰粒，灰粒隨煙氣沖刷受熱面管子時，因灰粒的沖擊和切削作用對受熱面管子產生磨損，在燃用發熱量低而灰分高的燃料時更為嚴重。當燃用含有一定量硫、鈉和鉀等化合物的燃料時，在550～700℃的金屬管壁上還會發生高溫腐蝕，當火焰沖刷水冷壁時也會發生；此外，當煙氣中存在SO2和SO3且受熱面壁溫低于煙氣露點時會發生受熱面低溫腐蝕。在過熱器與再熱器受熱面中易發生的主要是高溫腐蝕。

受熱面管子磨損程度在同一煙道截面和同一管子圓周都是不同的。對于過熱器和再熱器系統出現磨損的常常是布置于尾部豎井的低溫受熱面。一般靠近豎井后墻處的蛇行管磨損嚴重，當設計煙速過高或由于結構設計不合理存在煙氣走廊時，易導致局部區域的受熱面管子的磨損。鍋爐受熱面的高溫腐蝕發生于煙溫大于700℃的區域內。當燃用K,Na,S等成分含量較多的煤時，灰垢中K2S04和Na2S04；在含有SO2的煙氣中會與管子表面氧化鐵作用形成堿金屬復合硫酸鹽K2Fe(S04)及Na5Fe(S04)5，這種復合硫酸鹽在550～710℃范圍內熔化成液態，具有強烈腐蝕性，在壁溫600～700℃時腐蝕最嚴重。據調查，導致受熱面高溫腐蝕的主要原因是爐內燃燒不良和煙氣動力場不合理，控制管壁溫度是減輕和防止過熱器和再熱器外部腐蝕的主要方法。因而，目前國內對高壓、超高壓和亞臨界壓力機組，鍋爐過熱蒸汽溫度趨向于定為540℃，在設計布置過熱器時，則盡量避免其蒸汽出口段布置于煙溫過高處。

管間振動磨損。如耒陽電廠1號爐，固定件與過熱器管屏間的連接焊縫燒裂，管屏發生振動，固定件與管屏內圈發生摩擦，使管壁磨損減薄，在內壓力的作用下發生爆管。

管內壁積垢、外壁氧化。如洛河電廠2號爐管內壁結垢0.7mm，使過熱器壁溫升高20～30℃；外壁氧化皮1.0mm，又使管壁減薄，因此爆管頻繁。

7.超期服役

如黃臺2號爐過熱器管己運行23萬h以上，管材球化、氧化嚴重，已出現蠕變裂紋，如不及時更換，遲早會發生爆管。

8.運行管理

在實際運行中，由于運行人員誤操作及檢修時未按有關規定進行或未達到有關要求而導致過熱器或再熱器受熱面爆管的事故也時有發生。

運行調整不當。如渾江發電廠3號爐，過熱器使用的材質基本都工作在材質允許的極限溫度中，在運行工況發生變化時調整不當，發生瞬時超溫爆管。

2過熱器爆管的根本原因及對策

二十世紀八十年代初，美國電力研究院經過長期大量研究，把鍋爐爆管機理分成六大類，共22種。在22種鍋爐爆管機理中，有7種受到循環化學劑的影響，12種受到動力裝置維護行為的影響。我國學者結合我國電站鍋爐過熱器爆管事故做了大量研究，把電站鍋爐過熱器爆管歸納為以下九種不同的機理。

2.1長期過熱

1.失效機理

長期過熱是指管壁溫度長期處于設計溫度以上而低于材料的下臨界溫度，超溫幅度不大但時間較長，鍋爐管子發生碳化物球化，管壁氧化減薄，持久強度下降，蠕變速度加快，使管徑均勻脹粗，最后在管子的最薄弱部位導致脆裂的爆管現象。這樣，管子的使用壽命便短于設計使用壽命。超溫程度越高，壽命越短。在正常狀態下，長期超溫爆管主要發生在高溫過熱器的外圈和高溫再熱器的向火面。在不正常運行狀態下，低溫過熱器、低溫再熱器的向火面均可能發生長期超溫爆管。長時超溫爆管根據工作應力水平可分為三種：高溫蠕變型、應力氧化裂紋型、氧化減薄型。

2.產生失效的原因

(1)管內汽水流量分配不均；

(2)爐內局部熱負荷偏高；

(3)管子內部結垢；

(4)異物堵塞管子；

(5)錯用材料；

(6)最初設計不合理。

3.故障位置

(1)高溫蠕變型和應力氧化裂紋型主要發生在高溫過熱器的外圈的向火面；在不正常的情況下，低溫過熱器也可能發生；

(2)氧化減薄型主要發生在再熱器中。

4.爆口特征

長期過熱爆管的破口形貌，具有蠕變斷裂的一般特性。管子破口呈脆性斷口特征。爆口粗糙，邊緣為不平整的鈍邊，爆口處管壁厚度減薄不多。管壁發生蠕脹，管徑脹粗情況與管子材料有關，碳鋼管徑脹粗較大。20號鋼高壓鍋爐低溫過熱器管破裂，最大脹粗值達管徑的15%，而12CrMoV鋼高溫過熱器管破裂只有管徑5%左右的脹粗。

(1)高溫蠕變型

a.管子的蠕脹量明顯超過金屬監督的規定值，爆口邊緣較鈍；

b.爆口周圍氧化皮有密集的縱向裂紋，內外壁氧化皮比短時超溫爆管厚，超溫程度越低，時間越長，則氧化皮越厚和氧化皮的縱向裂紋分布的范圍也越廣；

c.在爆口周圍的較大范圍內存在著蠕變空洞和微裂紋；

d.向火側管子表面已完全球化；

e.彎頭處的組織可能發生再結晶；

f.向火側和背火側的碳化物球化程度差別較大，一般向火側的碳化物己完全球化。

(2)應力氧化裂紋型

a.管子的蠕脹量接近或低于金屬監督的規定值，爆口邊緣較鈍，呈典型的厚唇狀；

b.靠近爆口的向火側外壁氧化層上存在著多條縱向裂紋，分布范圍可達整個向火側。內外壁氧化皮比短時超溫爆管時的氧化皮厚；

c.縱向應力氧化裂紋從外壁向內壁擴展，裂紋尖端可能有少量空洞；

d.向火側和背火側均發生嚴重球化現象，并且管材的強度和硬度下降；

e.管子內壁和外壁的氧化皮發生分層；

f.燃燒產物中的S、Cl、Mn、Ca等元素在外壁氧化層沉積和富集。

(3)氧化減薄型

a.管子向火側、背火側的內外壁均產生厚度可達1.0～1.5mm的氧化皮；

b.管壁嚴重減薄，僅為原壁厚的1/3～l/8；

c.內、外壁氧化皮均分層，為均勻氧化。內壁氧化皮的內層呈環狀條紋；

d.向火側組織己經完全球化，背火側組織球化嚴重，并且強度和硬度下降；

e.燃燒產物中的S、Cl、Mn、Ca等元素在外壁氧化層沉積和富集，促進外壁氧化。

5.防止措施

對高溫蠕變型可通過改進受熱面、使介質流量分配合理；改善爐內燃燒、防止燃燒中心偏高；進行化學清洗，去除異物、沉積物等方法預防。對應力氧化裂紋型因管子壽命已接近設計壽命，可將損壞的管子予以更換。對氧化減薄型應完善過熱器的保護措施。

2.2短期過熱

1.失效機理

短期過熱是指當管壁溫度超過材料的下臨界溫度時，材料強度明顯下降，在內壓力作用下，發生脹粗和爆管現象。

2.產生失效的原因

(1)過熱器管內工質的流量分配不均勻，在流量較小的管子內，工質對管壁的冷卻能力較差，使管壁溫度升高，造成管壁超溫；

(2)爐內局部熱負荷過高(或燃燒中心偏離)，使附近管壁溫度超過設計的允許值；

(3)過熱器管子內部嚴重結垢，造成管壁溫度超溫；

(4)異物堵塞管子，使過熱器管得不到有效的冷卻；

(5)錯用鋼材。錯用低級鋼材也會造成短期過熱，隨著溫度升高，低級鋼材的許用應力迅速降低，強度不足而使管子爆破；

(6)管子內壁的氧化垢剝落而使下彎頭處堵塞；

(7)在低負荷運行時，投入減溫水不當，噴入過量，造成管內水塞，從而引起局部過熱；

(8)爐內煙氣溫度失常。

3.故障位置

常發生在過熱器的向火面直接和火焰接觸及直接受輻射熱的受熱面管子上。

4.爆口形狀

(1)爆口塑性變形大，管徑有明顯脹粗，管壁減薄呈刀刃狀；

(2)一般情況下爆口較大，呈喇叭狀；

(3)爆口呈典型的薄唇形爆破；

(4)爆口的微觀為韌窩(斷口由許多凹坑構成)；

(5)爆口周圍管子材料的硬度顯著升高；

(6)爆口周圍內、外壁氧化皮的厚度，取決于短時超溫爆管前長時超溫的程度，長時超溫程度越嚴重，氧化皮越厚。

5.防止措施

預防短期過熱的方法有改進受熱面，使介質流量分配合理；穩定運行工況，改善爐內燃燒，防止燃燒中心偏離;進行化學清洗；去除異物、沉積物；防止錯用鋼材：發現錯用及時采取措施。

2.3磨損

1.失效機理

包括飛灰磨損、落渣磨損、吹灰磨損和煤粒磨損。以飛灰磨損為例進行分析。飛灰磨損是指飛灰中夾帶Si02,Fe03,Al2O3等硬顆粒高速沖刷管子表面，使管壁減薄爆管。

2.產生失效的原因

(1)燃煤鍋爐飛灰中夾帶硬顆粒；

(2)煙速過高或管子的局部煙氣速度過高(如積灰時煙氣通道變小，提高了煙氣流動速度；

(3)煙氣含灰濃度分布不均，局部灰濃度過高。

3.故障位置

常發生在過熱器煙氣入口處的彎頭、出列管子和橫向節距不均勻的管子上。

4.爆口特征

(1)斷口處管壁減薄，呈刀刃狀；

(2)磨損表面平滑，呈灰色；

(3)金相組織不變化，管徑一般不脹粗。

5.防止措施

通常采用減少飛灰撞擊管子的數量、速度或增加管子的抗磨性來防止飛灰磨損，如：通過加屏等方法改變流動方向和速度場；加設裝爐內除塵裝置；杜絕局部煙速過高；在易磨損管子表面加裝防磨蓋板。還應選用適于煤種的爐型、改善煤粉細度、調整好燃燒、保證燃燒完全。

2.4腐蝕疲勞(或汽側的氧腐蝕)

1.失效機理

腐蝕疲勞主要是因為水的化學性質所引起的，水中氧含量和pH值是影響腐蝕疲勞的主要因素。管內的介質由于氧的去極化作用，發生電化學反應，在管內的鈍化膜破裂處發生點蝕形成腐蝕介質，在腐蝕介質和循環應力(包括啟停和振動引起的內應力)的共同作用下造成腐蝕疲勞爆管。

2.產生失效的原因

(1)彎頭的應力集中，促使點蝕產生；

(2)彎頭處受到熱沖擊，使彎頭內壁中性區產生疲勞裂紋；

(3)下彎頭在停爐時積水；

(4)管內介質中含有少量堿或游離的二氧化碳；

(5)裝置啟動及化學清洗次數過多。

3.故障位置

常發生在水側，然后擴展到外表面。過熱器的管彎頭內壁產生點狀或坑狀腐蝕，主要在停爐時產生腐蝕疲勞。

4.爆口特征

(1)在過熱器的管內壁產生點狀或坑狀腐蝕，典型的腐蝕形狀為貝殼狀；

(2)運行時腐蝕疲勞的產物為黑色磁性氧化鐵，與金屬結合牢固;停爐時，腐蝕疲勞的產物為磚紅色氧化鐵；

(3)點狀和坑狀腐蝕區的金屬組織不發生變化；

(4)腐蝕坑沿管軸方向發展，裂紋是橫斷面開裂，相對寬而鈍，裂縫處有氧化皮。

5.防止措施

防止氧腐蝕應注意停爐保護;新爐起用時，應進行化學清洗，去除鐵銹和臟物，在內壁形成一層均勻的保護膜；運行中使水質符合標準，適當減小PH值或增加鍋爐中氯化物和硫酸鹽的含量。

2.5應力腐蝕裂紋

1.失效機理

這是指在介質含氯離子和高溫條件下，由于靜態拉應力或殘余應力作用產生的管子破裂現象。

2.產生失效的原因

(1)介質中含氯離子、高溫環境和受高拉應力，這是產生應力腐蝕裂紋的三個基本條件；

(2)在濕空氣的作用下，也會造成應力腐蝕裂紋；

(3)啟動和停爐時，可能有含氯和氧的水團進入鋼管；

(4)加工和焊接引起的殘余應力引起的熱應力。

3.故障位置

常發生在過熱器的高溫區管和取樣管。

4.爆口特征

(1)爆口為脆性形貌，一般為穿晶應力腐蝕斷口；

(2)爆口上可能會有腐蝕介質和腐蝕產物；

(3)裂紋具有樹枝狀的分叉特點，裂紋從蝕處產生，裂源較多。

5.防止措施

防止應力腐蝕裂紋應注意去除管子的殘余應力；加強安裝期的保護，注意停爐時的防腐；防止凝汽器泄漏，降低蒸汽中的氯離子和氧的含量。

2.6熱疲勞

1.失效機理

熱疲勞是指爐管因鍋爐啟停引起的熱應力、汽膜的反復出現和消失引起的熱應力和由振動引起的交變應力作用而發生的疲勞損壞。

2.產生失效的原因

(1)煙氣中的S、Na、V、Cl等物質促進腐蝕疲勞損壞；

(2)爐膛使用水吹灰，管壁溫度急劇變化，產生熱沖擊；

(3)超溫導致管材的疲勞強度嚴重下降；

(4)按基本負荷設計的機組改變為調峰運行。

3.故障位置

常發生在過熱器高熱流區域的管子外表面。

4.防止措施

防止熱疲勞產生的措施有改變交變應力集中區域的部件結構；改變運行參數以減少壓力和溫度梯度的變化幅度；設計時應考慮間歇運行造成的熱脹冷縮；避免運行時機械振動；調整管屏間的流量分配，減少熱偏差和相鄰管壁的溫度；適當提高吹灰介質的溫度，降低熱沖擊。

V2O5和Na2S04等低熔點化合物破壞管子外表面的氧化保護層，與金屬部件相互作用，在界面上生成新的松散結構的氧化物，使管壁減薄，導致爆管。

2.產生失效的原因

(1)燃料中含有V、Na和S等低熔點化合物；

(2)局部煙溫過高，腐蝕性的低熔點化合物粘附在金屬表面，導致高溫腐蝕；

(3)腐蝕區內的覆蓋物、煙氣中的還原性氣體和煙氣的直接沖刷，將促進高溫腐蝕的產生。

3.故障位置

高溫腐蝕常發生在過熱器及吊掛和定位零件的向火側外表面。

4爆口特征

(l)裂紋萌生于管子外壁，斷口為脆性厚唇式；

(2)沿縱向開裂，在相當于時鐘面10點和2點處有淺溝槽腐蝕坑，呈鼠啃狀；

(3)外壁有明顯減薄，但不均勻，無明顯脹粗；

(4)外壁有氧化垢，呈鱷魚皮花樣，垢中含黃色、白色、褐色產物，垢較疏松，為熔融狀沉積物，最內層氧化物為硬而脆的黑灰色。

5.防止措施

防止高溫腐蝕的方法有控制局部煙溫，防止低熔點腐蝕性化合物貼附在金屬表面上；使煙氣流程合理，盡量減少熱偏差；在燃煤鍋爐中加入CaSO4和MgSO4等附加劑；易發生高溫腐蝕的區域采用表面防護層或設置擋板;除去管子表面的附著物。

2.8異種金屬焊接

1.失效機理及原因

焊接接頭處因兩種金屬的蠕變強度不匹配，以及焊縫界面附近的碳近移，使異種金屬焊接界面斷裂失效。其中，兩種金屬的蠕變強度相差極大是異種金屬焊接早期失效的主要原因。

2.故障位置

常發生在過熱器出口兩種金屬的焊接接頭處，當焊縫的蠕變強度相當于其中一種金屬的蠕變強度時，斷裂發生在另一種金屬的焊縫界面上。

3.防止措施

穩定運行是減少異種金屬焊接失效最關鍵的因素；當兩種金屬焊接時，在其中加入具有中間蠕變強度的過渡段，使焊縫界面兩側蠕變強度差值明顯減少；在過渡段的兩側選用性質不同的焊條，使其分別與兩種金屬的性質相匹配。

2.9質量控制失誤

質量控制失誤是指在制造、安裝、運行中由于外界失誤的因素所造成的損壞。質量控制失誤的原因有：維修損傷；化學清理損傷；管材缺陷(管材金屬不合格或錯用管材)；焊接缺陷等。加強電廠運行、檢修及各種制度的管理是防止質量控制失誤出現的有效手段。

3結論

造成大型電站鍋爐過熱器爆管的原因很多，只有對過熱器爆管的直接原因和根本原因進行綜合分析，才能從根本上解決鍋爐爆管問題，有效地防止鍋爐過熱器爆管事故的發生。

4參考文獻

1.張建國等.電站鍋爐屏式過熱器爆管分析[J].能源研究與利用，1999,(5):34～36

2.吳磊等.1025t/h鍋爐高溫過熱器爆管原因分析[J].湖北電力,2004,28(1):23～26

3.郭魯陽等.再熱器結構布置對超溫爆管的影響[J].中國電力,1999,32(5):8～11

4.程紹兵等.大容量鍋爐高溫受熱面超溫失效原因及對策[J].廣東電力,2004,17(2):38～41

5.王仁志等.1025t/h鍋爐末級過熱器爆管原因分析[J].華東電力，2000,(11):35～36

6.王瑩等.大型電站鍋爐過熱器爆管原因綜述及對策[J].中國電力，1998,31(10):26～29

7.肖向東等.電廠鍋爐高溫過熱器爆管事故分析[J].熱力發電，1999,(2):56～58,62

8.賴敏等.電站鍋爐對流過熱器爆管機理研究[J].湖南電力，1998,(6):1～5

9.周昊等.根據爆口特征判斷爆管原因[J].熱力發電，1995,(5):43～48

10.嚴立等.大型電站鍋爐再熱器爆管原因分析及對策[J].華北電力技術，1999,(10):13～15