油田热注锅炉爆管原因及解决办法

油田热注锅炉爆管原因及解决办法

彭嫚

山东省东营市注汽技术服务中心河口注汽大队，山东 东营 257200

摘要：在现代文明社会中，石油作为重要资源，在现代生产生活中扮演了重要角色。油田安全环保管理建设，是油田安全生产的重要保障，应在油田生产管理中得到有效落实。油田热注锅炉爆管检修时间长影响后续生产，处置不当易发生二次事故。结合本公司生产实际，就运行操作方面易造成锅炉爆管的具体原因进行分析，总结出相应预防措施，并提出爆管的应急处置方法。

关键词：油田热注锅炉；爆管；原因分析；处置

1锅炉爆管的形成机理

不论锅炉采用四角切圆、Ｗ火焰、前后墙对冲还是双切圆燃烧方式，都存在炉内热负荷分布不均的问题。在水平烟道中，烟气的温度和速度沿烟道宽度和高度方向的分布也不均匀。对流过热器并联管组内各管的热负荷存在偏差，靠近管组中心处烟气冲刷条件差，对流换热弱，叠加入口介质干度偏小等问题，使得过热器管排内圈管子的积水蒸干速度最慢。过热器出入口联箱受三通效应的影响，其三通处对应的管排入口压力偏低，蒸干也相对较慢，但锅炉制造商一般在三通效应区布置壁温测点较多，在机组启动初期，烟气温度低，辐射式或半辐射式过热器炉外测点温度同炉内管道温度温差达不到ＧＢ／Ｔ　１６５０７．４—２０１３《水管锅炉受压元件强度计算》要求的１００℃，故三通效应区在机组启动初期因壁温监控得力，水塞可能性不大，启动过程中积水不能被及时蒸干的大多是受热最不均匀管排的内圈管子。机组冷态启动初期，水冷壁内工质吸热升温，并逐渐产生蒸汽，待汽包压力大于过热器后，一次汽水系统整体升压，过热器入口和出口之间形成压差，蒸汽开始流入过热器中。在此启动初期，过热器受外部烟气加热，内部的积水也逐渐升温、蒸发，但由于过热器并联管组内各管子的受热不均匀，积水蒸发的速度也不相同。随着启动过程的持续，过热器管外烟气温度逐渐上升，汽包压力和进入过热器的蒸汽流量也逐渐增大。此时，如果忽略过热器进出口连接管道、三通、入口集箱和出口集箱对并联管组两端静压差的影响，可近似认为并联管组内各管子两端静压差相等。如果并联管组的部分管子因烟气冲刷条件差、受热弱而导致弯头部位仍有较多残留的积水，则蒸汽不能从这部分管子内部流过而被积水阻塞，水塞形成后，会进一步使得这些管子的壁面金属不能被蒸汽充分冷却，管壁温度逐渐升高，直到管子两端的静压差升高到可以把积存的水柱排到出口。如果减温器过早投入，减温水不能充分汽化并叠加联箱内汽水分配存在差异、燃烧不稳等因素使水塞状态延续，管外烟气温度又上升过快，这些管子的壁温将持续上升并最终导致爆管。即使这些管子两端的静压升高后，将积存的水柱排出，由于管壁温度高，此后流过的蒸汽温升大，密度小，蒸汽的质量流量会比其他管子小，即热效流量偏差现象，对管壁的冷却相对较差，也同样可能诱发爆管。机组水压试验或正常停运后，过热器内积水过多，烘炉时间不足，减温水过早喷入或者超速率启动机组，都容易导致水塞爆管。相反，控制好烘炉时间和升温速率，合理使用减温水，使过热器内存留的水柱都及时蒸干，外加高压旁路突开等措施，水塞可以避免。

1油田热注锅炉爆管原因

1.1粉尘异常磨损

油田热注锅炉入口前设有带挡墙的重力沉降式一次除尘器，能去除循环气体中较大颗粒粉尘，使进入锅炉循环气体粉尘含量＜10g/m3。高温粉尘收集于双叉灰斗，经水冷套管冷却，再经卸灰阀排至中间灰仓。卸灰阀有自动和手动两种运行方式，自动状态时，水冷套管内焦粉堆积高度到上限料位计，卸灰阀自启动。生产中，料位计或卸灰阀故障发现处理不及时，自动失灵，手动放灰不及时不到位，时间设置不合理等，均会导致灰斗满灰一次除尘失效，焦粉堆积在锅炉入口被循环气体带入炉内，含尘量超标，对受热面炉管冲刷加剧，使管壁变薄、金属强度降低形成爆管隐患。若频繁发生或长期持续则加速缩短炉管使用寿命，导致爆管发生。粉尘磨损比较严重的部位一般为炉管弯头及管卡附近的边排管和穿墙管部位。

1.3水质硬度及氧腐蚀

油田热注锅炉补给水，少量来自除盐制水站，大部分来自公司其他单位冷凝回收水。实际生产中回收水水质很不稳定，多次造成锅炉水质污染，硬度、电导率等严重超标，容易使炉管内壁结垢，局部导热不良过热超温，引起爆管危险。原因主要是，设备试运、检修及长期停用重启后，未经清洗、水质化验而直接输送，加之油田热注锅炉岗位人员措施不到位等。补给水采用热力除氧，除氧器工作压力0.02MPa、温度104℃。除氧器负荷波动过大、间歇性地加入大量补给水、长期参数偏离，将影响除氧效果，含氧量超标，造成炉管内溶解氧腐蚀。溶解氧腐蚀是一种电化学腐蚀，铁和氧形成腐蚀电池。溶解氧腐蚀常发生于省煤器和给水管道中，特征是在腐蚀部位有突起的腐蚀产物，下部有局部点蚀坑。

2爆管预防措施及应急处置

2.1防控粉尘磨损

油田热注锅炉一次除尘处于气体循环系统，生产中无法对内部检查，因此，一次除尘的料位管理及卸灰阀的正确操作，对防范炉管磨损十分重要。对料位计及卸灰阀必须定期检查维护，故障及时发现及时处理，确保自动卸灰可靠；手动卸灰，注意放灰时间、间隔时间应合理，可用中间仓排灰温度T7参照进行。同时，还要防止水冷套管排空漏入空气，高温粉尘结焦棚料下灰困难，也影响气体循环系统密封性。

2.3严格水质监测与给水除氧规范

给水、炉水的水质监测。制水站除盐水水质比较稳定，针对冷凝回收水，采取在水箱进水阀前分别安装取样阀和排水管，定期化验监测，发现不合格及时关闭水箱进水阀并排放。其次，从源头要求相关单位对新投用、长期停用及大修重启的设备，冲洗排放直到水质化验合格方可输送，冲洗期间增加化验频次。运行中炉水水质出现偏差，采取加大连排开度和定排频次；残余硬度采用炉内加入Na3PO4处理。正常情况，给水硬度≤3μmol/L，炉水电导率≤80μs/cm、磷酸根离子5mg/L～15mg/L之间。除氧器压力、温度应保持在工作范围，控制进水及蒸汽加热稳定均匀。补给水含氧量要求≤15μg/L，若不达标可进一步采用化学除氧，加入联氨处理，药液含量一般为0.1%～0.3%，达到彻底清除残余含氧的效果。3.4锅炉爆管的应急处置发生爆管后应紧急停炉，锅炉降压减少泄漏。开启循环气体系统各充N2阀，降低可燃成分浓度；适当开启干熄炉顶放散阀、开大预存室压力调节阀，控制预存室压力及炉口冒火；若锅炉入口处于正压，打开1DC上部紧急放散阀控制；关闭炉顶吸尘档板，防止湿气进入地面除尘；锅炉底部积水时，打开排水阀排放；若湿灰堵塞2DC卸灰阀，及时疏通放空；人员不要靠近防爆口区域。干熄炉焦炭排至下限料位，降温降压操作；用主蒸汽放散阀控制汽包压力小于2.0MPa；主蒸汽温度低于350℃时，关减温水；汽包压力低于0.5MPa时采用套水作业，用除氧给水泵上水，停锅炉给水泵。

3结论及建议

爆口管在运行过程中存在长时超温，是造成爆管的主要原因。弯管工艺后固溶处理不充分，或未经固溶处理及内壁氧化皮的大面积脱落，也在一定程度上加速了管子的开裂。根据爆管的研究分析，总结以下3条建议：（1）锅炉启停过程中，应严格控制启停速率，且在锅炉运行中应减小温度波动，以减少氧化皮脱落。（2）控制锅炉蒸汽参数，增加爆口附近管段温度测点，避免受热面管长期超温运行。（3）条件具备时，建议对冷弯加工后的弯头进行固溶处理，以降低弯管后的残余内应力及运行过程中的晶间敏化倾向。

参考文献:

[1]江范清，胡文龙，奚杰峰．600MW锅炉12Cr1MoV末级再热器管失效原因分析[J]．热加工工艺，2016，45(4)：255-257．