锅炉爆管典型事案例及分析

锅炉爆管典型事案例及分析————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：锅炉典型事故案例及分析第一节锅炉承压部件泄露或爆破事故大型火力发电机组的非停事故大部分是由锅炉引起的。

随着锅炉机组容量增大，“四管”爆泄事故呈现增多趋势，严重影响锅炉的安全性，对机组运行的经济性影响也很大。

有的电厂因过热器、再热器管壁长期超温爆管，不得不降低汽温5~10℃运行；而主汽温度和再热汽温度每降低10℃，机组的供电煤耗将增加0.7~1.1g/kWh；主蒸汽压力每降低1MPa，将影响供电煤耗2g/kWh。

为了防止锅炉承压部件爆泄事故，必须严格执行《实施细则》中关于防止承压部件爆泄的措施及相关规程制度。

一.锅炉承压部件泄露或爆破的现象及原因（一）“四管”爆泄的现象水冷壁、过热器、再热器、省煤器在承受压力条件下破损，称为爆管。

受热面泄露时，炉膛或烟道内有爆破或泄露声，烟气温度降低、两侧烟温偏差增大，排烟温度降低，引风机出力增大，炉膛负压指示偏正。

省煤器泄露时，在省煤器灰斗中可以看到湿灰甚至灰水渗出，给水流量不正常地大于蒸汽流量，泄露侧空预器热风温度降低；过热器和再热器泄露时蒸汽压力下降，蒸汽温度不稳定，泄露处由明显泄露声；水冷壁爆破时，炉膛内发出强烈响声，炉膛向外冒烟、冒火和冒汽，燃烧不稳定甚至发生锅炉灭火，锅炉炉膛出口温度降低，主汽压、主汽温下降较快，给水量大量增加。

受热面炉管泄露后，发现或停炉不及时往往会冲刷其他管段，造成事故扩大。

（二）锅炉爆管原因（1）锅炉运行中操作不当，炉管受热或冷却不均匀，产生较大的应力。

1)冷炉进水时，水温或上水速度不符合规定；启动时，升温升压或升负荷速度过快；停炉时冷却过快。

2)机组在启停或变工况运行时，工作压力周期性变化导致机械应力周期性变化；同时，高温蒸汽管道和部件由于温度交变产生热应力，两者共同作用造成承压部件发生疲劳破坏。

（2）运行中汽温超限，使管子过热，蠕变速度加快1)超温与过热。

超温是指金属超过额定温度运行。

超温分为长期超温和短期超温，长期超温和短期超温是一个相对概念，没有严格时间限定。

超温是指运行而言，过热是针对爆管而言。

过热可分为长期过热和短期过热两大类，长期过热爆管是指金属在应力和超温温度的长期作用下导致爆破，其温度水平要比短期过热的水平低很多，通常不超过钢的临界点温度。

短期过热爆管是指，在短期内由于管子温度升高在应力作用下爆破，其温度水平较高，通常超过钢的临界点温度，会导致金属组织变化发生相变。

长期过热是一个缓慢的过程，锅炉运行中管子长期处于设计温度以上而低于材料的的下临界温度，逐渐发生碳化物球化、管壁氧化减薄、持久强度下降、蠕变速度加快而导致爆管。

根据工作应力水平，长期过热爆管可分为三类：高温蠕变型、应力氧化裂纹型和氧化减薄型。

高温蠕变型、应力氧化裂纹型过热爆管主要发生在过热器中，氧化减薄型过热爆管主要发生在再热器中。

长期过热的主要原因包括热偏差、热力计算失误、错用钢材及异物堵塞。

短期过热是一个突发过程，运行中管子金属温度超过材料的下临界温度，因内部介质压力作用发生爆裂。

短期过热通常发生在水冷壁、过热器和再热器向火面。

长期过热与短期过热爆管特征见表1-2-1。

长期过热与短期过热爆管特征项目高温蠕变型应力氧化型氧化减薄型短期过热型蠕变量超过金属监督规定值接近或低于金属监督规定值不明显不明显爆口形状爆口边缘钝爆口边缘钝，呈典型唇状爆口边缘钝爆口塑性变形大，管径变粗，爆口呈喇叭状薄唇型氧化皮爆口周围氧化皮有密集纵向裂纹爆口周围氧化皮有多条纵向裂纹，由内壁向外壁扩展，内外氧化皮分层氧化皮厚度达1-1.5mm，管子严重减薄，内外氧化皮分层，均匀氧化管子外壁呈蓝黑色，爆口附近没有众多纵向裂纹金相组织向火面完全球化，爆口周围较大范围内存在蠕变空洞和微裂纹向火侧和背火侧均严重球化向火侧完全球化，背火侧球化严重管壁温度在钢材的奥氏体化温度（Acl）以下为拉长铁素体和珠光体；温度在Acl以上，其组织视喷出蒸汽冷却能力，可为低碳马氏体，贝氏体，珠光体和铁素体。

2)热偏差。

影响热偏差的主要因素是热应力不均和水力不均。

电厂厂用受热面钢管的最高允许温度见表1-2-23)传热恶化。

第一类传热恶化也称作膜太沸腾，是指管外热负荷过大，因管壁形成汽膜导致的沸腾传热恶化。

第一类传热恶化所对应的临界热负荷非常大，大型电站锅炉一般不会发生。

第二类传热恶化即管内环状流动的水膜被撕破或者“蒸干”。

发生第二类传热恶化的热负荷低于第一类传热恶化的热负荷值。

直流炉因加热、蒸发、过热三阶段无明显分界点，工质含汽率x 由0逐渐上升到1，发生第二类传热恶化不可避免。

直流锅炉蒸发受热面的沸腾传热恶化现象主要与工质的质量流速、工作压力、含汽率和管外热负荷有关。

（3）受热面磨损。

受热面磨损是由含灰气流对受热面冲刷撞击造成的。

受热面磨损的速度与气流速度的三次方成正比，与飞灰浓度成正比，与管子的排列方式、管子的耐磨性能有关，同时，飞灰硬度、形状、直径大小也是影响受热面磨损速度的因素。

受热面磨损是省煤器爆管的主要原因。

（4）受热面腐蚀。

1)炉管内高温氧化腐蚀。

受热面管子中铁离子在一定的温度下氧化，随着受热面壁温度升高，氧化速度不断加快；当温度高于580℃时，炉管金属内壁氧化皮层由FeO、Fe2O3、Fe3O4三种氧化物组成，最靠近金属的氧化物FeO构成氧化层的主要部分。

由于FeO的晶体疏松不紧密，晶体缺陷多，易造成氧化层脱落，使金属与氧易于接触而重新氧化，加速了氧化过程，产生高温氧化腐蚀破坏。

同时，氧化皮脱落导致受热面堵塞，管子过热爆管。

2)炉管内结垢、腐蚀。

给水品质不良，炉水品质差，引起炉管管内结垢，结垢后易产生垢下腐蚀。

同时，结垢使传热热阻增大，管壁温度上升，强度减弱，发生爆管。

3)受热面的高温黏结灰和高温腐蚀。

在高温烟气环境中，飞灰沉积在受热面管子表面，烟气和飞灰中的有害成分（复合硫酸盐）会与管子金属发生化学反应，使管壁减薄、强度降低，称为高温腐蚀。

4)制造、安装、检修质量不良。

如管材或管子钢号错误、管子焊口质量不合格、弯头处管壁严重减薄。

二、承压部件爆破泄露典型事故案例一、水冷壁过热爆管1.事件经过某电厂两台容量为1910t/h本生型直流锅炉，锅炉蒸发Ⅰ段采用螺旋水冷壁，Ⅱ段采用一次垂直上升水冷壁。

自2005年投产至2007年，两台锅炉共发生十多次水冷壁横向裂纹泄露事故。

统计十多次水冷壁泄露点情况；泄露点集中于前、后墙水冷壁区域，即蒸发Ⅰ段出口联箱入口处、锅炉蒸发Ⅱ段入口联箱出口处、蒸发Ⅰ段出口下部1~2m处以及炉膛内个别燃烧器上部受热较强的水冷壁。

2007年6月，对停炉小修的2号锅炉蒸发Ⅰ段、Ⅱ段处仔细检查，发现横向裂纹十多处，这些水冷壁横向裂纹密集，向火侧管壁有氧化皮和球化现象。

泄露裂口断面粗糙，管子基本没有涨粗减薄现象。

2.事故原因分析（1）水冷壁泄露的原因为管子横向裂纹失效。

锅炉运行中，由于高负荷区域工质流速低的水冷壁管壁壁温上下交变，管子向火侧外壁管壁温度高达500℃，温度波动幅度为±50℃，该管段由于受热面管内汽水混合物全部“蒸干”，出现不稳定的过热现象，管壁温度大幅度波动导致疲劳失效破坏。

（2）炉内火焰分布不佳，热负荷不均匀。

锅炉采用前后墙对冲旋流燃烧，24只燃烧器分为三层，由于各一次风管煤粉浓度不均，造成炉内火焰分布不佳，热负荷不均，出现了蒸发Ⅰ段出口联箱入口处、锅炉蒸发Ⅱ段入口联箱出口处、蒸发Ⅰ段出口下部及炉膛内个别燃烧器上部受热较强的水冷壁超温现象。

（3）运行中两台机组长期参与电网调峰，使得锅炉低负荷工况运行时间长，水冷壁水动力特性不稳定，造成管壁温度波动。

（4）由于煤质和燃烧器调整等原因，锅炉运行中炉膛结渣、积灰，积灰、结渣和大渣的脱落也造成水冷壁温度波动。

在上述原因影响下，水冷壁局部高热负荷区域的工质流速低，含汽率增大，水冷壁各管出口温度和焓值产生较大波动，使前后墙高热负荷区域水冷壁产生横向裂纹，发生泄漏。

3.防范措施(1)防止运行中给水流量大幅度波动，锅炉启动给水流量不低于140t/h。

严格控制中间点温度在正常值，使其保持微过热度10~20℃运行。

(2)锅炉低负荷运行时，合理安排磨煤机运行方式，加强燃烧调整，避免锅炉炉膛局部热负荷过高。

(3)防止锅炉结渣积灰。

(4)严格控制锅炉升温升压和增减负荷速度，升温速度应小于2℃/MIN。

(5)运行中应严格控制锅炉水冷壁管壁温度，发现温度大幅度波动，应立即采取相应措施，如：减少给煤量减弱燃烧，适当增加给水量，切换磨煤机运行等。

(6)针对性的进行燃烧调整及热力试验，保证一次风管的风、粉调平、炉内热负荷均匀。

案例二、屏过爆管（材质问题、异物堵塞）4.事故经过2006年5月17日，某厂3号机组负荷600MW，CCS协调投入。

A、B引风机、送风机、一次风机、汽动给水泵运行，B、C、D、E、F制粉系统运行，A、B引风机静叶开度分别为74%、73%，电流分别为227A、210A，A、B空预器吹灰正在进行。

17时28分，“炉膛压力高”报警，检查炉膛压力最高+151Pa，给水流量由1800t/h增加至1820t/h，两台引风机静叶开度由74%、73%均开至87%，电流分别升高至238A、230A，锅炉投助燃油。

检查“四管泄漏”装置报警显示2、5、6、7、9、10、13、14、15、16、19、20点为红色泄露信号，停止锅炉吹灰，就地检查发现锅炉左侧水冷壁螺旋管圈出口联箱偏上至水平烟道部位声音异常，汇报值长降负荷至300MW。

17时35分，给水流量继续增加至1840t/h。

19时11分，确认锅炉爆管，接值长令，机组停运。

5.事故原因及分析及暴露的问题(1)此次锅炉泄露为屏过，管材规格为T91、φ38mm×6.6mm，暴口长77mm，爆口张开宽度97mm，边缘锋利光滑，管壁边缘厚度不足 1.0mm，管子内外壁无明显氧化结垢。

爆口具有短时过热爆破特征，因该泄露管屏未布置壁温测点，使得屏过管超温无法发现。

根据现象分析爆管原因：一是管材本身材质问题；二是该屏集箱内有异物物。

(2)施工单位在安装时未进行仔细检查，忽视安装质量，质检人员责任心不强。

(3)监理单位验收把关不严，未采取针对性的验收手段。

(4)建设单位管理不到位，在落实细节责任制上存在漏洞。

6.采取的措施(1)对爆管的屏过出口前数第1根管子做整圈管子更换。

(2)与爆破管子相邻吹损变薄严重的同屏前数第17、20根吹损部位进行更换。

(3)对屏过入口集箱左数第3~14、17~28检查孔割除，做内部异物检查，发现入口集箱存在少量机械加工铁屑和杂物。

(4)屏过出口水平段间隔管更换新管。