过热器爆管的原因及预防

摘要：锅炉过热器爆管事故严重影响机组的安全运行和经济效益。文章从电厂运行的实际出发，分析了过热器爆管事故发生的原因，并提出了相应的预防、处理措施。

关键词：高温过热器，爆管原因，预防，处理措施

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一、前言

过热器通常都布置在锅炉烟温较高的区域，大型机组的锅炉过热器由于工质吸热量大，受热面多。有一部分布置在炉膛的上部，直接接受炉膛的辐射，其工作条件比较恶劣。特别是屏式过热器的外圈管，它不但受到炉膛火焰的直接辐射，热负荷较高外，还由于屏管结构的差别，流阻大，流量小，其工质焓增比平均值大40%~50%以上，所以很容易发生爆管。

最近几年，某电厂#4、5炉机组曾发生多次过热器、再热器爆管泄露造成的非计划停运，严重影响了安全生产。

二、过热器爆管的原因分析

过热器爆泄的原因较多，主要有高温腐蚀和超温过热破坏等。过热器的高温腐蚀有蒸气腐蚀和烟气侧腐蚀。过热器管子在400℃以上时，可产生蒸气腐蚀；在高温对流过热器热段的几排蛇型管，管壁温度通常在550以上，会发生烟气腐蚀。这两种腐蚀的结果，都将使过热器管壁厚减薄，应力增大，以致引起管子产生蠕变，管壁更薄，最后导致应力损坏而爆管。

（1）过热器管的超温损坏在我厂的各机组中也常有发生，特别是过热器超温爆管。其中过热分为长期过热和短期过热。由于过热器处于高温高压的工作条件下，所以发生爆管的次数在“四管”中占第一位。首要原因为长期过热引起的爆破。在高温下运行时，管子所受的应力主要是由于蒸气造成的对管子的切向应力。在这种力的作用下，使管子发生胀粗。当管子因超温而长期过热时，由于运行温度的提高，即使管子所受应力不变，管子也会以加快了的蠕变速度而发生管径胀粗。蠕变速度的加快程度与超温的温度有关。随着超温幅度的提

高，蠕变速度也会增加，于是随着超温运行时间的增加，管径就愈胀愈粗，慢慢也在各处产生晶间裂纹，最后以比正常温度、正常压力下小得多的运行时间而开裂爆管。

由此分析出，过热器管超温过热后，蠕变加速、材质结构变化均导致其强度迅速下降，在工质压力作用下及易发生爆管。其他由于受热面存在热偏差的缘故，可能部分受热面壁温会超过额定值而未被监测到，而那些热偏差管因长期过热也很容易出现爆管的；还有造成过热器超温的原因有煤质变差及燃烧配风不当造成的炉膛火焰中心上移，以及炉膛漏风、燃烧器倾角过大，制粉系统停用等都能使火焰中心上移，最终会造成过热器管超温；还有受热面本身的积灰或结渣，均会增加传热阻力，使传热变差，管子得不到冷却，使其容易超温。

（2）另外受热面短期超温也会造成过热器管过热甚至造成爆管。在机组启动过程中，流过管子的蒸汽流量很小，一方面是由于启动中锅炉本身的蒸发量很小，另一方面往往是由于水压试验或停炉后留在蛇型管内后部的水排不出去，在启动时升压速度又过快，就容易造成过热器短期超温过热，特别是处于高温半辐射区的屏式过热器。

随着电力市场启动后，机组加减负荷频繁，虽然#4、5炉经过DCS改造后自动化水平有了很大的提高，但也存在不少问题。如汽温自动调节系统还不够完善、灵敏度不够高，时常还需要人工干预，无法很好的适应外界干扰，容易出现超温。尤其是负荷自动投入后，由于负荷变化快、波动大、过频繁，使汽温自动无法跟上外界变化，特别是在加负荷、启动制粉系统时很容易出现超温。

超温事例：

如，某天夜班，#5机组负荷85MW，负荷变动率设定在3.000MW/MIN，主汽压力13.72Mpa，主、再热汽温度在530℃-535℃之间，负荷控制方式为AGC(自动)，送、引风机、氧量、燃烧均自动投入。到早晨6：30分时，由于早高峰的出现，负荷指令由85MW升为100MW，没过多久由100MW升为120MW，指令一个接着一个，直到130MW的出现。由于负荷变化过快，而且一直又是加负荷信号，使得汽温自动无法跟上外界负荷的变化。当负荷升至127MW时，主汽温度由537℃上窜到544℃，炉主值立即采取措施，联系值长撤出负荷自动控制，将

负荷保持在122MW，减温水调节自动改手动并开足，其经过风量、氧量、喷嘴等一些操作调整后，主汽温最高556℃下降至520℃。随后进行各参数的调整，主汽温度逐渐恢复为正常值。通过查看事故记录后发现这次主汽温度超温长达2分钟左右，对应的对流过热器壁温最高点温度有572℃（对流过热器材料为12GrMOV，其极限温度为580℃），估计有些未被监测到的管壁温度已经由超温引起了过热，只不过产生的蠕变还未达到爆管而已，其管子强度肯定下降，使用寿命也随之减少。

针对这次超温事例的分析，我认为控制这种在AGC方式下突然增加负荷而引起的超温是可以通过燃烧调节和蒸汽调节着手，来得以控制的。根据锅炉燃烧的特点，在加负荷过程中调整好各层二次风小风门的开度，开大上排二次风门，关小下排二次风门的方法来降低火焰中心，减少上排给粉机转速，提高下排给粉机转速，避免火焰中心上移。合理控制氧量，风量增加不宜过快等手段，不使过热器壁温、烟气温度的上升过快。同时密切注意各段过热器的壁温及汽温的变化，及时地进行炉膛、过热器的吹灰，避免加负荷投喷嘴和启动制粉系统同时进行。根据锅炉汽温的特性，在负荷上升幅度较大时，可先手动开大Ⅰ级减温水量，使屏式过热器出口汽温控制在正常范围内，将汽温自动调节温度设定在530℃，使过热器出口汽温控制在正常温度530℃，保持汽温调节控制有较大余量。必要时也可以采用手动调节减温水量和开启旁路烟道挡板等方法来降低温度，待负荷稳定后再恢复汽温。当负荷上升过程中，通过燃烧调整及减温水调节都无法控制汽温上升时，应联系值长撤出负荷自动控制，将负荷稳定在某一工况，进行降温调节。等汽温稳定后，再加负荷到额定值，投入负荷自动控制。

过热器爆管除高温腐蚀和超温过热原因外，还有过热器管的磨损也会降低受热面强度。由于存在烟气走廊，导致烟速过高磨损加剧。除以上外还有化学监督不严，汽水分离设备结构不良或不严密，使蒸汽品质不合格，受热面管内积聚盐垢，管子的流通截面减小，流阻增大，流过管子的蒸汽量减少，管子不能充分冷却。同时盐垢热阻大，导热性小，不能较快的将管子吸收的热量传递给管内的蒸汽，容易造成管子过热鼓泡以致破裂。

三、防止过热器爆管的措施

防止过热器管爆管的方法，我认为主要可以从两方面来预防，首先要尽量避免高温腐蚀，温度越高，腐蚀越严重。在燃煤供应允许的情况下，选用合适的煤种，减轻受热面的腐蚀。在正常运行中我们通常是通过控制过热器出口汽温的方法来控制管壁温度。另外还可以通过降低煤粉细度，提高下层喷嘴的煤粉浓度，提高上排的二次风小风门的开度，以降低火焰中心的位置，尽量延长煤粉在炉膛内的燃烧、燃尽时间，从而使过热器区域的烟温得以控制。

其次是要预防受热面过热。在锅炉启停过程中，应及时开启一二级旁路、过热器、再热器的疏水阀或向空排汽阀，使得过热器的受热面得到充分的冷却；并且要严格按照启停曲线控制压力汽温的变化率；在启动过程中应控制过热器汽温和再热汽温低于额定温度50-60℃，以免个别蛇形管管壁温度超过允许值；保持良好的炉水和蒸汽品质，防止过热器管内结垢；启动过程中尽量避免过早使用减温水，防止出现水塞。保持自动调节系统的正常，保证过热系统各受热面管壁温度控制在允许范围内；进行合理的燃烧调整，使火焰中心不偏斜，特别是上排二次风小风门的调整，由于布置在最上部，和火焰的旋转方向相反，可有效的减小炉膛出口的烟气余旋，避免出现左右侧烟温差过大；过热器在长时间运行后，难免会有结焦和积灰的存在，因此，认真作好定期吹灰工作，保证各段受热面的清洁。因为受热面的积灰和结焦不但使传热恶化，还容易形成烟气走廊，加大管组的热偏差，同时造成走廊两侧受热面磨损加剧；还有在高加撤除运行的时候，尤其要注意过热器出口汽温和各段的壁温控制，如果控制不当极宜引起超温，一般通过控制负荷，#4、5机组通常保持负荷在110MW以下运行，调整各层二次风小风门的开度，开大上层的二次风门，关小下层二次风门来控制火焰中心，尽量停用上排喷嘴，提高下排喷嘴的煤粉浓度，使得火焰中心下移。当运行中停用双侧制粉系统后，应开大上排及中排的二次风风门来弥补三次风对火焰中心的压制作用和后期扰动作用。避免火焰中心的上移及煤粉颗粒燃烧时间的延长。一般情况下，可以保持一套制粉系统的运行，并能通过齿索机来平衡两粉仓的粉位。还有烟道挡板的开关对进入汽包的给水温度有一定的影响，开出后主汽汽温也会下降，虽效果比较小。但也可以作为一种调节手段。

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四、小结

预防过热器的爆漏只有运行和检修的共同努力，一方面规范检修工艺，把好检修质量关，在大小修时该查的必须仔细检查，该修的必须修好。对有胀粗、鼓泡、严重变形和高温腐蚀的管子应及时更换。温度表计和压力表计需要定期校检，特别是集控室表计与就地表计要准确统一，热电偶接触良好，以防止因表计误差而监盘操作决策失误。另一方面通过运行的认真操作、合理的调整，防止超温超压运行，特别是要严格控制长时间的超温和高幅度的超温超压运行，以免发生爆管所造成不必要的经济损失。以超负荷运行来增加发电量的运行方式，无疑是“杀鸡取蛋”，其造成的影响后果是长期的。严格控制好升停炉的温度、压力的升降速度，严格按照运行规程的要求，控制各管壁温度在规定的范围内。加强运行人员的技术培训，提高运行人员的操作调整技能，保证设备健康运行，从而防止过热器爆泄带来的不必要的损失。