浅谈锅炉屏式过热器爆管原因

浅谈锅炉屏式过热器爆管原因

胡昌雄

华能武汉发电有限责任公司 430000

摘 要：电厂锅炉设备对工业安全建设具有重要意义，本文主要对电厂锅炉屏式过热器爆管的原因进行了分析，针对该电厂的实际情况，分析了爆管产生的原因，促进工业安全生产。

关键词：锅炉；屏式过热器；爆管；

近些年，一些电厂锅炉屏式过热器弯管爆管事故频繁发生，已经严重影响到电厂正常的运行。对电厂锅炉屏式过热器爆管的原因分析，预防爆管发生，对安全生产意义重大。

一、概况简述

本厂三期工程为 2×600MW 机组，配套的锅炉型号为 DG1900/25.4－Ⅱ2 。本锅炉是超临界参数变压直流本生型锅炉，一次再热、前后墙对冲燃烧单炉膛、尾部双烟道结构、采用烟气挡板调节再热汽温、 平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。

过热器系统按蒸汽流程分为：顶棚过热器、包墙过热器/分隔墙过热器、低温过热器、屏式过热器及末高温过热器。按烟气流程依次为：屏式过热器、高温过热器、低温过热器。

整个过热器系统布置了一次左右交叉，即屏过出口至高温过热器进口进行一次左右交叉，有效地减少了锅炉宽度上的烟气侧不均匀的影响。锅炉设有两级四点喷水减温，每级喷水分两侧喷入，每侧喷水均可单独地控制，通过喷水减温可有效减小左右两侧蒸汽温度偏差。

屏式过热器布置在炉膛上部区域，为全辐射受热面，在炉深方向布置了2排，两排屏之间紧挨着布置，每一排管屏沿炉宽方向布置15片屏，共30片。屏式过热器管屏的横向节距S1=1371.6，纵向节距S2=57，炉内受热面管子均采用SA-213TP347H材料。每片屏由22根管绕成，管屏入口段与出口段采用不同的管子壁厚，内外圈管采用不同的管子规格。管屏入口段管子规格为：最外圈管Φ50.8×8.4，其余管Φ45×7.4，材料SA-213T22和SA-213T23；管屏出口段管子规格为：最外圈管Φ50.8×12.3，其余管Φ45×10.8，材料SA-213T91。屏式过热器蛇形管均由集箱承重并由集箱吊杆传至大板梁上。

每片屏式过热器出口分配集箱（Φ298.5×58, SA-335P91）与混合进集箱（Φ558.8×103, SA-335P91）相连，蒸汽在混和集箱中混合后，经屏过出口连接管（Φ508×78, SA-335P91）、二级减温器（Φ508×78, SA-335P91）及高过进口连接管（Φ508×78, SA-335P91）引入高温过热

为防止吹灰蒸汽对受热面的冲蚀，在吹灰器附近蛇形管排上均设置有防磨盖板。为减小流量偏差使同屏各管的壁温比较接近，在管排的入口处、屏过进口集箱上设置了不同尺寸的节流圈，有φ11mm、φ11.5mm、φ13mm、φ14mm、φ16.5mm、φ21mm和φ23.5mm七种规格。

二、屏式过热器爆管原因分析

屏式过热器管爆炸的直接原因有很多，可以从以下几个方面进行分析。

1. 设计因素

1.1热力计算结果与事实不符

热力计算不准确的重点是炉内传热计算，即:缺乏从理论计算中合理确定炉膛出口烟气温度和屏式过热器传热系数的经验，导致过热器受热面布置不合理，一、二次蒸汽温度偏离设计值或受热面超温。结果表明,屏式过热器系统的结构设计和受热面布置不合理，是导致过热蒸汽温度的偏差从而加速过热器的爆管的主要原因之一。非合理的过热器系统结构设计和受热面布置体现在以下方面:

1. 安排不当的进口和出口过热器集箱引起的大变化的蒸汽流动静压头和大偏差流速。

2. 在进口管道与进口联箱之间的三通路口形成局部涡流，使涡区附近的流量变小，造成较大的流量偏差。

3. 过热器的前后两级直接连接，不设中间混合箱，或不交叉，使前后两级的热偏差相互叠加。

2.制造工艺、安装和维修质量

实际运行过程中来看, 制造工艺、安装和维修质量差是很常见的引起屏式过热器受热面泄漏和爆管事故的重要原因，由于制造过程中存在问题,现场安装和电厂维修质量问题等等,其主要问题包括以下几个方面:

2.1焊接质量差例如锅炉过热器爆管后更换修补焊接时，焊后管道内残余应力较大，使管壁强度降低。

2.2常见的焊接接头质量问题

锅炉受热面组件主要是压力,尤其是过热器和再热器系统,工作介质的温度和压力管非常高,工作条件非常糟糕,这个时候焊接质量的要求特别严格。但在实际操作中，由于电厂焊接接头、安装焊接接头、修补焊接接头质量不合格(如焊缝毛刺、砂孔等)，导致管道爆炸、泄漏事故时有发生，后果严重。

2.3锅炉在长期运行中，锈蚀量大，但由于管径小，不能完全去除。管子质量问题，钢材质量差。管道中存在分层、夹渣等缺陷。由不合格管道引起的爆炸事故并不像上述问题那样常见，但在运行中确实存在。

2.4安装质量问题

屏式过热器未按图纸施工，造成管的布置、固定、膨胀间隙问题，导致管爆裂。此类问题在机组调试过程中较为常见。

3.温度调节装置不合理或不能正常工作

为了保证锅炉安全经济运行，除精确的设计计算外，蒸汽温度调节是一个重要的部分。

3.1减温水系统设计不合理在某些锅炉的喷雾减温水系统设计中，常采用喷雾控制阀来调节一次喷雾水量的总量，然后将喷雾水分为两个回路。此时，当左右两侧的燃烧条件或蒸汽温度有较大偏差时，不可能通过调节左右两侧的水来平衡蒸汽温度。

3.2喷雾减温控制阀调节性能

喷雾减温器喷雾调节阀调节性能也是影响减温器调节效果的因素之一。调查结果表明，国内许多阀门的调节性能差，泄漏流量严重，在一定程度上影响了机组的可靠性和经济性。

4.运行条件对过热器超温及爆管的影响

过热器调温装置的设计和布置对过热器系统的可靠运行起着决定性的作用，但锅炉及其相关设备的运行对它也有很大的影响。后者往往受到多种因素的影响。因此，如何保证锅炉在理想的运行条件下运行，是一个需要深入研究的问题。影响过热器爆管的因素还包括：

4.1过热蒸汽品质差，造成管道内严重结垢，导致管壁过热，管道爆炸。

4.2受热面污染且吹灰器不能正常投入使用，往往造成炉膛和过热器受热面积灰，特别是使用高灰分燃料时，容易造成炉膛结焦和过热器超温。因此，吹灰器能否正常投入运行，对锅炉的安全和经济运行具有一定的影响。

5.磨损与腐蚀，锅炉燃料燃烧产生的烟气中有大量的灰粒。当灰粒随烟气冲刷受热面管道时，由于灰粒的冲击和切割作用，受热面管道会磨损，燃烧低热值、高灰分的燃料时情况更为严重。含有一定量的硫、钠、钾等化合物的燃料在550-700°C燃烧以及火焰侵蚀水壁时，金属管壁也会发生高温腐蚀。当烟气中存在SO2和SO3，且受热表面壁温低于烟气露点时，受热表面会发生低温腐蚀。在过热器和再热器的主要受热面容易发生高温腐蚀。同一烟道段、同一管径下受热面管的磨损程度不同。对于过热器和再热器系统的磨损往往位于尾部烟道的低温受热面。当设计烟气流速过高或由于结构设计不合理而存在烟气走廊时，容易造成局部受热面管道的磨损。

6.运行管理

在实际运行中，由于运行操作人员操作不当，不符合相关规定或要求，经常发生过热器或再热器受热面爆管事故。

3. 结论:

大型电站锅炉过热器爆管的原因是多方面的。只有全面分析过热器爆管的直接原因和根本原因，才能从源头上解决锅炉过热器爆管问题，有效防止过热器爆管事故的发生。

参考文献：

[1] 王孟浩. 消除大容量电厂锅炉过热器及再热器局部超温的措施[ j] . 中国电力， 2003.

[2] 闻雪平，王文欢，王爱晨等.电站锅炉再热系统动态特性数学模型的研究与应用[j].锅炉技术，2012.