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【摘 要】电站锅炉爆管事故时有发生，不仅影响了企业的经济效益，也给人员设备安全带来了危险隐患。电站锅炉爆管的根本原因有：过热、腐蚀、磨损、焊接质量等等，其主要原因归为超温爆管、腐蚀爆管等。本文主要分析了电站锅炉爆管事故原因分析与预防对策。以期为保障锅炉安全运行，促进电路长足发展尽上绵薄之力。
【关键词】电站；锅炉爆管；原因分析；对策
锅炉爆管事故是电厂大患，轻则漏水漏汽，降低效率，重则发生事故，造成重大经济损失。据统计，锅炉爆管所引起非计划停运时间约占整个非计划停运时间的40%，少发电量约占机组全部事故少发电量的50%，是影响电厂安全发供电的主要因素。引发电站锅炉爆管事故的原因多种多样，错综复杂，因此，做好电站锅炉爆管事故原因分析，针对性采取预防对策有着重大的现实意义。
1超温爆管
在检验某锅炉时，发现乙侧过热器管严重变形，胀粗量超标，且管子外表面有氧化铁层。经查阅锅炉运行检修记录，该锅炉在大修前已发生过爆管事故，再进一步对更换下来的爆管段检查，发现其爆破口明显胀粗，管壁减薄很多，爆破口呈尖锐的喇叭形，其边缘很锋利，具有韧性断裂的特征，爆破口附近有氧化铁层。该锅炉乙侧测温装置已损坏多时，一直未修复。锅炉吹灰装置自安装好后，一直未投入运行。过热器中间管排几乎被积灰堵死，在锅炉乙侧形成明显的烟气走廊。
根据上述检验情况分析，该锅炉过热器变形、胀粗乃至爆管，显然是一起短时超温爆管事故，其原因分析如下：
（1）由于锅炉吹灰装置未投入，导致炉膛受热面积灰、结焦较为严重。炉膛受热面吸热量减少，导致排烟温度升高，致使过热器管壁温度提高。
（2）过热器中间管排积灰严重，且在锅炉乙侧形成烟气走廊，加速壁温急剧攀升。
（3）锅炉乙侧测温装置损坏，使得乙侧烟气温度无法控制。运行中仅靠甲侧温度显示进行调节，难以保证乙侧在正常工况下运行。从而导致乙侧过热器管子严重变形、胀粗、氧化，直至爆管。
（4）锅炉频繁启停，且不能严格按照启、停炉曲线进行操作。长时间低负荷运行，过热蒸汽流量减少而使壁温升高，也是导致爆管的原因之一。
要防止和减少锅炉过热器管不再发生超温爆管事故，须采取以下对策：
（1）修复锅炉乙侧测温装置，并在过热器的选定回路或元件上安装测温热电偶，确保锅炉运行中各受热元件始终在操作人员的掌控之中。
（2）恢复锅炉吹灰装置，及时清除锅炉积灰，严格控制炉膛热负荷，在额定负荷时，燃煤锅炉容积热负荷不可超过相应的标准，并且尽可能取下限。
（3）设置超温报警系统，确定最高温度报警值。
（4）确定锅炉合理的启、停程序曲线，要求运行人员必须严格执行。
（5）要选择辐射和对流受热面的适当部位，定期进行割管检查，随时掌握管内结垢、腐蚀情况和金属组织结构变化情况，以便对症下药。
2腐蚀爆管
在对某电厂锅炉进行检验时发现该锅炉水冷壁存在大面积腐蚀现象。经查阅相关资料，得知该锅炉曾因腐蚀造成管壁减薄引起过爆管停炉事故。本次发现的腐蚀现象主要集中在燃烧器标高层水冷壁的向火侧区域。
具体腐蚀位置及特征：后墙和右墙水冷壁腐蚀严重，左墙腐蚀较少，而前墙几乎没有腐蚀。腐蚀区域呈现不规则的片状，各腐蚀区域的分布无规律。但每个腐蚀区域内，腐蚀有明显的方向性，即一个腐蚀区域内所有腐蚀均发生在管壁的一侧。所有被腐蚀的管子外均有一层较厚的细灰。
从宏观上看，细灰在管壁外侧、管壁与鳍片过渡区都很圆滑、整齐，看不出有腐蚀现象。将管壁上的细灰清除干净后，就会发现细灰下管壁已被严重腐蚀。管壁被腐蚀的一侧就像被刀切一样，在管壁上形成了一个平台。经现场详细检查，发现共有132根水冷壁管腐蚀。腐蚀部位管壁实测壁厚小于水冷壁管的理论计算壁厚。
典型的水冷壁高温腐蚀现象。产生的原因有以下几点：
（1）火焰偏移在燃烧器区域内出现火焰冲墙的现象。一方面造成局部水冷壁壁温升高，即炉膛右后墙水冷壁壁温升高较大；另一方面烟气中未燃尽的煤粉颗粒对水冷壁管壁的磨损将加速水冷壁管上保护膜的破坏，加快金属管壁高温腐蚀的过程。
（2）局部区域存在还原性气体。由于着火延迟，未燃尽的煤粉在水冷壁附近进一步燃烧时，发生化学不完全燃烧反应，形成局部缺氧区，使炉膛壁面附近处于含有还原性气体（CO、H2）和腐蚀性气体（H2S）的烟气成分之中，没有完全燃烧的游离硫和硫化物与金属管壁发生反应，引起管外壁腐蚀。
有资料表明，烟气中CO浓度越大，高温腐蚀就越严重；H2S的浓度大于0.01%时，就会对钢材产生强烈的腐蚀作用；而当含氧量大于2%时，基本上不会发生高温腐蚀。
（3）燃煤品质低。燃煤中硫含量越大，腐蚀性介质浓度越大，高硫煤产生的大量H2S、SO2、SO3、原子硫（S）不仅破坏管壁的Fe2O3保护膜，还侵蚀管子表面，致使金属管壁不断减薄。
（4）煤粉的颗粒过大。煤粉的颗粒越大，也就越不易燃尽，比较容易形成还原性气氛，产生管外腐蚀。同时，颗粒越大，对壁面的磨损也越严重，破坏了水冷壁管外氧化保护膜，使烟气中腐蚀介质直接与管壁金属发生反应，使腐蚀加剧。
（5）过高的水冷壁管壁温度。研究表明，H2S等腐蚀性介质的腐蝕性在300℃以上逐步增强，即温度每升高50℃，腐蚀程度将增加一倍。对于本次检验的锅炉，燃烧器区域的水冷壁管管壁温度在380℃左右，正处于金属发生强烈高温腐蚀的温度范围之内。同时，由于炉内空气动力场倾斜，炉右的烟温要大于炉左烟温，炉后烟温大于炉前烟温，使管子局部壁面温度过高，易使具有腐蚀性的低熔点化合物黏附在金属表面，促进了管壁高温腐蚀的发生。因此炉右和炉后水冷壁高温腐蚀情况要比炉左和炉前严重得多。
针对水冷壁高温腐蚀产生原因，可采取以下预防措施：
（1）利用空气动力场试验的方法，调整燃烧器喷射角度，防止炉内切圆偏移，避免烟气对水冷壁的直接冲刷，防止局部管壁温度过高。
（2）加强对燃料的控制，可通过燃烧前和燃烧中除硫的方法，降低燃料的含硫量；同时适当控制煤粉细度，尽可能均匀各燃烧器之间的煤粉浓度分布。
（3）加强对给水的控制，适当提高高温腐蚀区域水冷壁管内水流速度，降低管壁温度，严格控制给水品质，避免因水冷壁管内结垢而影响换热，从而导致水冷壁管壁温度增加。
（4）提高金属抗腐蚀能力，可采用耐腐蚀高合金钢，渗铝管及在管外敷设碳化硅涂料等表面防护方式，降低腐蚀速度。
（5）加强燃烧调整、合理配风，以达到降低水冷壁附近还原性气氛的目的。
（6）保持氧化性气氛，保护炉膛贴壁为氧化性气氛，可以在贴壁处加入一股空气流，以冲淡SO2的浓度，使结积层中分解出来的SO2向外扩散。
参考文献：
[1]内蒙古某电厂#1锅炉爆管事故分析[J].义，李迎春.电站系统工程.2018（05）
[2]金属氧化引起锅炉爆管事故原因分析及防范措施[J].万文.电子制作.2012（12）
[3]电站锅炉故障诊断技术的发展[J].姜磊，杨俊保.上海电力学院学报.2010（06）
[4]电站锅炉受压元件应力破坏的讨论[J].马树润.内蒙古科技与经济.2016（21）
[5]电站锅炉安装中对承压部件的质量控制[J].王正凯.建材与装饰.2016（42）
（作者单位：国电科学技术研究院有限公司太原分公司）
【关键词】电站；锅炉爆管；原因分析；对策
锅炉爆管事故是电厂大患，轻则漏水漏汽，降低效率，重则发生事故，造成重大经济损失。据统计，锅炉爆管所引起非计划停运时间约占整个非计划停运时间的40%，少发电量约占机组全部事故少发电量的50%，是影响电厂安全发供电的主要因素。引发电站锅炉爆管事故的原因多种多样，错综复杂，因此，做好电站锅炉爆管事故原因分析，针对性采取预防对策有着重大的现实意义。
1超温爆管
在检验某锅炉时，发现乙侧过热器管严重变形，胀粗量超标，且管子外表面有氧化铁层。经查阅锅炉运行检修记录，该锅炉在大修前已发生过爆管事故，再进一步对更换下来的爆管段检查，发现其爆破口明显胀粗，管壁减薄很多，爆破口呈尖锐的喇叭形，其边缘很锋利，具有韧性断裂的特征，爆破口附近有氧化铁层。该锅炉乙侧测温装置已损坏多时，一直未修复。锅炉吹灰装置自安装好后，一直未投入运行。过热器中间管排几乎被积灰堵死，在锅炉乙侧形成明显的烟气走廊。
根据上述检验情况分析，该锅炉过热器变形、胀粗乃至爆管，显然是一起短时超温爆管事故，其原因分析如下：
（1）由于锅炉吹灰装置未投入，导致炉膛受热面积灰、结焦较为严重。炉膛受热面吸热量减少，导致排烟温度升高，致使过热器管壁温度提高。
（2）过热器中间管排积灰严重，且在锅炉乙侧形成烟气走廊，加速壁温急剧攀升。
（3）锅炉乙侧测温装置损坏，使得乙侧烟气温度无法控制。运行中仅靠甲侧温度显示进行调节，难以保证乙侧在正常工况下运行。从而导致乙侧过热器管子严重变形、胀粗、氧化，直至爆管。
（4）锅炉频繁启停，且不能严格按照启、停炉曲线进行操作。长时间低负荷运行，过热蒸汽流量减少而使壁温升高，也是导致爆管的原因之一。
要防止和减少锅炉过热器管不再发生超温爆管事故，须采取以下对策：
（1）修复锅炉乙侧测温装置，并在过热器的选定回路或元件上安装测温热电偶，确保锅炉运行中各受热元件始终在操作人员的掌控之中。
（2）恢复锅炉吹灰装置，及时清除锅炉积灰，严格控制炉膛热负荷，在额定负荷时，燃煤锅炉容积热负荷不可超过相应的标准，并且尽可能取下限。
（3）设置超温报警系统，确定最高温度报警值。
（4）确定锅炉合理的启、停程序曲线，要求运行人员必须严格执行。
（5）要选择辐射和对流受热面的适当部位，定期进行割管检查，随时掌握管内结垢、腐蚀情况和金属组织结构变化情况，以便对症下药。
2腐蚀爆管
在对某电厂锅炉进行检验时发现该锅炉水冷壁存在大面积腐蚀现象。经查阅相关资料，得知该锅炉曾因腐蚀造成管壁减薄引起过爆管停炉事故。本次发现的腐蚀现象主要集中在燃烧器标高层水冷壁的向火侧区域。
具体腐蚀位置及特征：后墙和右墙水冷壁腐蚀严重，左墙腐蚀较少，而前墙几乎没有腐蚀。腐蚀区域呈现不规则的片状，各腐蚀区域的分布无规律。但每个腐蚀区域内，腐蚀有明显的方向性，即一个腐蚀区域内所有腐蚀均发生在管壁的一侧。所有被腐蚀的管子外均有一层较厚的细灰。
从宏观上看，细灰在管壁外侧、管壁与鳍片过渡区都很圆滑、整齐，看不出有腐蚀现象。将管壁上的细灰清除干净后，就会发现细灰下管壁已被严重腐蚀。管壁被腐蚀的一侧就像被刀切一样，在管壁上形成了一个平台。经现场详细检查，发现共有132根水冷壁管腐蚀。腐蚀部位管壁实测壁厚小于水冷壁管的理论计算壁厚。
典型的水冷壁高温腐蚀现象。产生的原因有以下几点：
（1）火焰偏移在燃烧器区域内出现火焰冲墙的现象。一方面造成局部水冷壁壁温升高，即炉膛右后墙水冷壁壁温升高较大；另一方面烟气中未燃尽的煤粉颗粒对水冷壁管壁的磨损将加速水冷壁管上保护膜的破坏，加快金属管壁高温腐蚀的过程。
（2）局部区域存在还原性气体。由于着火延迟，未燃尽的煤粉在水冷壁附近进一步燃烧时，发生化学不完全燃烧反应，形成局部缺氧区，使炉膛壁面附近处于含有还原性气体（CO、H2）和腐蚀性气体（H2S）的烟气成分之中，没有完全燃烧的游离硫和硫化物与金属管壁发生反应，引起管外壁腐蚀。
有资料表明，烟气中CO浓度越大，高温腐蚀就越严重；H2S的浓度大于0.01%时，就会对钢材产生强烈的腐蚀作用；而当含氧量大于2%时，基本上不会发生高温腐蚀。
（3）燃煤品质低。燃煤中硫含量越大，腐蚀性介质浓度越大，高硫煤产生的大量H2S、SO2、SO3、原子硫（S）不仅破坏管壁的Fe2O3保护膜，还侵蚀管子表面，致使金属管壁不断减薄。
（4）煤粉的颗粒过大。煤粉的颗粒越大，也就越不易燃尽，比较容易形成还原性气氛，产生管外腐蚀。同时，颗粒越大，对壁面的磨损也越严重，破坏了水冷壁管外氧化保护膜，使烟气中腐蚀介质直接与管壁金属发生反应，使腐蚀加剧。
（5）过高的水冷壁管壁温度。研究表明，H2S等腐蚀性介质的腐蝕性在300℃以上逐步增强，即温度每升高50℃，腐蚀程度将增加一倍。对于本次检验的锅炉，燃烧器区域的水冷壁管管壁温度在380℃左右，正处于金属发生强烈高温腐蚀的温度范围之内。同时，由于炉内空气动力场倾斜，炉右的烟温要大于炉左烟温，炉后烟温大于炉前烟温，使管子局部壁面温度过高，易使具有腐蚀性的低熔点化合物黏附在金属表面，促进了管壁高温腐蚀的发生。因此炉右和炉后水冷壁高温腐蚀情况要比炉左和炉前严重得多。
针对水冷壁高温腐蚀产生原因，可采取以下预防措施：
（1）利用空气动力场试验的方法，调整燃烧器喷射角度，防止炉内切圆偏移，避免烟气对水冷壁的直接冲刷，防止局部管壁温度过高。
（2）加强对燃料的控制，可通过燃烧前和燃烧中除硫的方法，降低燃料的含硫量；同时适当控制煤粉细度，尽可能均匀各燃烧器之间的煤粉浓度分布。
（3）加强对给水的控制，适当提高高温腐蚀区域水冷壁管内水流速度，降低管壁温度，严格控制给水品质，避免因水冷壁管内结垢而影响换热，从而导致水冷壁管壁温度增加。
（4）提高金属抗腐蚀能力，可采用耐腐蚀高合金钢，渗铝管及在管外敷设碳化硅涂料等表面防护方式，降低腐蚀速度。
（5）加强燃烧调整、合理配风，以达到降低水冷壁附近还原性气氛的目的。
（6）保持氧化性气氛，保护炉膛贴壁为氧化性气氛，可以在贴壁处加入一股空气流，以冲淡SO2的浓度，使结积层中分解出来的SO2向外扩散。
参考文献：
[1]内蒙古某电厂#1锅炉爆管事故分析[J].义，李迎春.电站系统工程.2018（05）
[2]金属氧化引起锅炉爆管事故原因分析及防范措施[J].万文.电子制作.2012（12）
[3]电站锅炉故障诊断技术的发展[J].姜磊，杨俊保.上海电力学院学报.2010（06）
[4]电站锅炉受压元件应力破坏的讨论[J].马树润.内蒙古科技与经济.2016（21）
[5]电站锅炉安装中对承压部件的质量控制[J].王正凯.建材与装饰.2016（42）
（作者单位：国电科学技术研究院有限公司太原分公司）