鍋爐防磨防爆受熱面失效原因分析

    鍋爐受熱面在運(yùn)行中一側(cè)是以燃料燃燒所產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓粋?cè)是以高溫高壓的水和蒸汽，材料的使用環(huán)境相當(dāng)惡劣，因而由材料失效所引起的事故時(shí)有發(fā)生。特別是當(dāng)鍋爐燃煤多變、煤質(zhì)差的時(shí)候，鍋爐受熱面產(chǎn)生超溫、磨損、積灰，結(jié)渣、腐蝕等一系列問(wèn)題的可能性更大，造成受熱面的使用壽命降低，鍋爐省煤器、水冷壁管、過(guò)熱器管和再熱器管（簡(jiǎn)稱(chēng)“四管”）爆破泄漏現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)；此外，隨著鍋爐向大容量、高參數(shù)方向發(fā)展，爐內(nèi)結(jié)渣、水冷壁高溫腐蝕現(xiàn)象更為突出。因此，深入開(kāi)展鍋爐受熱面失效機(jī)理及防治措施的試驗(yàn)研究，對(duì)提高火力發(fā)電廠(chǎng)安全經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。

鍋爐防磨防爆受熱面失效原因分析

1）高溫蠕變

金屬在一定溫度和應(yīng)力作用下，隨著時(shí)間的增加慢慢地發(fā)生塑性變形的現(xiàn)象稱(chēng)為蠕變，所發(fā)生的變形稱(chēng)為蠕變變形，管子的蠕變變形也稱(chēng)為蠕脹，溫度越高，蠕變速度越快。合金成份不同，開(kāi)始出現(xiàn)蠕變的溫度也不同。對(duì)于某些低熔點(diǎn)的金屬如鉛、錫等，它們的再結(jié)晶溫度低于室溫，在室溫下就會(huì)發(fā)生蠕變；碳鋼當(dāng)溫度超過(guò)（300-350）℃時(shí)，低合金鋼當(dāng)溫度超過(guò)（350-400）℃時(shí)，在應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下都會(huì)發(fā)生蠕變。蠕變可以在一種應(yīng)力（拉應(yīng)力、壓應(yīng)力等）的作用下發(fā)生，也可以在復(fù)雜應(yīng)力作用下發(fā)生，如火力發(fā)電廠(chǎng)中的主蒸汽管道和過(guò)熱器管是在復(fù)雜應(yīng)力作用下發(fā)生蠕變的。但在多數(shù)情況下，引起蠕變的應(yīng)力主要是拉應(yīng)力。

2）高（低）溫腐蝕

鍋爐受熱面向火側(cè)由于受高溫?zé)煔夂蛻腋∮谄渲械幕曳值淖饔茫鞑课灰矔?huì)遭受不同類(lèi)型、不同程度的腐蝕。這些腐蝕按習(xí)慣分高溫腐蝕和低溫腐蝕兩大類(lèi)。高溫腐蝕又分純氣體腐蝕和熔融鹽腐蝕兩種。純氣體腐蝕包括腐蝕性氣體（為燃燒產(chǎn)物）腐蝕和高溫氧化；熔融鹽腐蝕則包括金屬熔融鹽溶解和金屬熔融鹽氧化兩種形式，前者是純物理過(guò)程，后者屬電化學(xué)腐蝕。由于金屬熔融鹽氧化是鍋爐受熱面向火側(cè)高溫腐蝕的最主要形式，由其造成的腐蝕損壞事故最多，因此，我們通常所說(shuō)的鍋爐高溫腐蝕就是指熔融鹽腐蝕中的金屬熔融鹽氧化（習(xí)慣上代指熔融鹽腐蝕）。熔融鹽腐蝕按反應(yīng)機(jī)理又可分為硫腐蝕（包括硫酸鹽腐蝕和硫化物腐蝕）和釩腐蝕兩類(lèi)。低溫腐蝕機(jī)理由于鍋爐燃用的燃料都含有一定的硫份，燃燒時(shí)生成二氧化硫，其中一部分會(huì)進(jìn)一步氧化成三氧化硫。三氧化硫與煙氣中的水蒸汽結(jié)合形成硫酸蒸汽。當(dāng)受熱面的壁溫低于硫酸蒸汽露點(diǎn)時(shí)，硫酸蒸汽就會(huì)凝結(jié)成為酸液而腐蝕受熱面。（高溫腐蝕一般發(fā)生在水冷壁管段，低溫腐蝕一般發(fā)生在空氣預(yù)熱器冷端，省煤器末端也可能發(fā)生低溫腐蝕。）

3）煙氣磨損

鍋爐尾部受熱面因飛灰磨損容易發(fā)生爆破泄漏。過(guò)熱器、再熱器定位管（卡）松動(dòng)或不到位，使之相互機(jī)械磨擦，可發(fā)生金屬表面機(jī)械磨損爆破泄漏。當(dāng)燃燒器噴口安裝調(diào)整未達(dá)到設(shè)計(jì)要求、燃燒器噴口損壞及三次風(fēng)帶粉嚴(yán)重，一、三次風(fēng)噴口附近的水冷壁管，可能由于風(fēng)粉氣流沖刷水冷壁管引起磨損爆破泄漏。三次風(fēng)含有煤粉，每公斤空氣中約有0.1～0.2kg 的煤粉，以40～50m/s的速度噴進(jìn)爐膛，會(huì)造成附近水冷壁管的沖刷磨損，鍋爐受熱面磨損一般可以分為飛灰磨損和機(jī)械磨損兩類(lèi)，尾部受熱面以飛灰磨損為主，機(jī)械磨損次之。

4）膨脹不暢

當(dāng)金屬材料的工作溫度或膨脹系數(shù)有差別時(shí)，各部分膨脹和收縮會(huì)相互約束而產(chǎn)生附加溫度應(yīng)力，也稱(chēng)熱應(yīng)力。如果溫度發(fā)生變化，熱應(yīng)力也將隨之變化，同時(shí)伴隨著彈塑性變形的循環(huán)，塑性變形逐漸積累引起損傷，最后導(dǎo)致破裂。金屬材料經(jīng)受多次周期性熱應(yīng)力作用而遭到的破壞稱(chēng)為“熱疲勞”破壞。構(gòu)件的熱應(yīng)力往往與動(dòng)態(tài)和表態(tài)的機(jī)械應(yīng)力疊加在一起發(fā)生作用。對(duì)于塑性材料，當(dāng)溫度變化幅度和速度小時(shí)，溫度循環(huán)引起的塑性變形小，而且塑性變形可使應(yīng)力得到松弛，要多次溫度循環(huán)才能產(chǎn)生疲勞裂紋，而當(dāng)溫度變化速度快，溫度變化的幅度較大時(shí)，一次溫度循環(huán)所形成的熱應(yīng)力就會(huì)超過(guò)材料的斷裂強(qiáng)度，在這種情況下發(fā)生的破壞現(xiàn)象稱(chēng)為熱沖擊。燃燒和冷卻不良的位置，加火焰中心水冷壁管段、省煤器汽塞、過(guò)熱器帶水、過(guò)熱器和再熱器上熱膨脹系數(shù)相差大的鐵素體鋼與奧氏體鋼焊接接頭，均可能發(fā)生熱疲勞破壞。同時(shí)膨脹間隙留出的余量不足時(shí)也容易造成受熱面管段彎曲變形，甚至爆管。

5）“四管”過(guò)熱

受熱面管過(guò)熱，是困擾火力發(fā)電廠(chǎng)鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素之一，過(guò)熱又可分為長(zhǎng)期過(guò)熱和短期過(guò)熱。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，以長(zhǎng)期過(guò)熱較多，短期過(guò)熱較少。國(guó)內(nèi)許多火力發(fā)電廠(chǎng)燃用無(wú)煙煤，該煤質(zhì)除很難做到完全燃燒、極易滅火外，還易結(jié)焦。因?yàn)槊嘿|(zhì)原因，加之爐下部漏風(fēng)較大，火焰中心上移，爐膛出口煙氣溫度高于設(shè)計(jì)值，使過(guò)熱器管和高溫再熱器管經(jīng)常發(fā)生超溫，從而引起爆管。鍋爐受熱面管子在高溫、應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，會(huì)引起蠕變變形。在規(guī)定限度內(nèi)小量的蠕變變形是允許的，對(duì)正常運(yùn)行影響不大。鍋爐受熱面管子在運(yùn)行中由于某些原因使管壁溫度超過(guò)了額定溫度，雖然超溫的幅度不大，如（20-25）℃，但管子長(zhǎng)期處于超溫善下最終會(huì)發(fā)生蠕變爆管。這種由于管子長(zhǎng)期超溫而發(fā)生蠕變破裂的現(xiàn)象稱(chēng)為長(zhǎng)期過(guò)熱爆管。在這種高溫長(zhǎng)時(shí)間作用下由于金屬原子擴(kuò)散速度的增加，導(dǎo)致鋼材組織結(jié)構(gòu)的變化，鋼的老化過(guò)程加快，鋼的熱強(qiáng)性降低，同時(shí)鋼的蠕變速度加快，蠕變破壞過(guò)程加速，使得管子的使用壽命達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而提早爆破失效。長(zhǎng)期過(guò)熱爆管一般發(fā)生在高溫過(guò)熱器管出口段的外圈向火側(cè)，通常過(guò)熱器爆管事故大多是長(zhǎng)期過(guò)熱爆管。水冷壁管、凝渣管、省煤器管偶爾也發(fā)生這類(lèi)爆管。

6）其它原因

“四管”爆漏的主要原因除了以上主要原因外，還有就是人為原因造成的爆管事故。由于檢修人員做保溫時(shí)疏忽大意，用電鉆將受熱面管打穿，或打進(jìn)管子一部分；受熱面管材用錯(cuò)（低等級(jí)管材用到高等級(jí)受熱面上）；需要熱處理的受熱面管子焊接后沒(méi)有進(jìn)行熱處理或熱處理沒(méi)有按工藝執(zhí)行；檢修時(shí)不慎將異物掉到管內(nèi)，而沒(méi)有及時(shí)報(bào)告；人員對(duì)系統(tǒng)不熟悉將管子誤切割；沒(méi)有高壓焊工證的焊工進(jìn)行高壓焊接作業(yè)等，以上所述都可以造成停爐爆管。