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超临界锅炉受热面损坏 一、锅炉受热面的影响 在锅炉设备的各类事故中，受热面（省煤器、水冷壁、过热器、再热器）泄漏、爆破等损坏事故最为普遍，约占各类事故总数的30%左右。锅炉受热面一旦发生泄漏或爆破，大多均须停炉后方可处理，由此造成的经济损失将是巨大的。当受热面发生爆破时，由于大量汽水外喷将对锅炉运行工况产生较大的扰动，爆破侧烟温将明显降低，使锅炉两侧烟温偏差增大，给参数的控制调整带来了困难。水冷壁发生爆管时，还降影响锅炉燃烧稳定性，严重时甚至会造成锅炉熄火。当受热面发生泄漏或爆破后，如不及时调停处理，还极易造成相邻受热面管壁的吹损，并对空气预热器、电除尘、吸风机等设备带来不良的影响。因此，发生受热面损失事故后应认真查找原因，制订防止对策，尽量减少泄漏或爆管事故的发生。 二、锅炉受热面损坏的主要原因 锅炉受热面发生泄漏或爆破，一般来说，主要有如下原因： 1．制造质量方面的原因。受热面材质不良，设计选材不当或制造、安装、焊接工艺不合格。 2．设计、安装方面的原因。受热面支吊或定位不合理，造成管屏晃动或自由膨胀不均，管间或屏间相对位移、相互摩擦损坏管子，吹灰器喷嘴位置不正确造成吹损管子。 3．材质变化方面的原因。给水品质长期不合格或局部热负荷过高，造成管内结垢后严重，垢下腐蚀或高温腐蚀，使管材强度降低。由于热力偏差或工质流量分配不均造成局部管壁长期超温，强度下降。由于飞灰磨损造成受热面管壁减薄或设备运行年久、管材老化所造成的泄漏和爆管事故是较为常见的故障。此外，对于直流锅炉而言，如发生管内工质流量或给水温度的大幅度变化还将造成锅内相变区发生位移，从而使相变区壁温产生大幅度的变化导致管壁疲劳损坏。 4．运行及其他方面的原因。造成炉管泄露或爆破的原因是多种多样的，其中有设备问题也有运行操作上的问题。如吹灰压力控制过高或疏水不彻底造成的吹损管壁，由于燃烧不良造成的火焰冲刷管屏以及大块焦渣坠落所造成的水冷壁管损坏等。此外，受热面管内或水冷壁管屏进口节流调节阀或节流圈处结垢或被异物堵塞，使部分管子流量明显减少、管壁过热器而造成的设备损坏事故，运行中也较为常见。 三、受热面损坏的常见现象和处理原则 锅炉受热面损坏时炉膛或烟道内可听到泄露声或爆破声，锅炉各参数由于自动调节虽基本保持不变，但给水流量却部正常地大于主蒸汽流量，锅炉两侧烟温差、气温差将明显增大，受热面损坏侧的烟温将大幅度降低，炉内燃烧可能不稳，严重时甚至造成锅炉熄火。在炉膛负压投自动地情况下吸风机开度将自行增大，电流增加。在吸风未投自动时，炉膛负压将偏正，此时应即手操开大吸风，维持炉膛负压正常。 当受热面泄露不严重尚可继续运行时，应及时调整燃料、给水和风量，维持锅炉各参数在正常范围内运行。给水自动如动作不正常时应及时切至手操控制，必要时还可适当降低主蒸汽压力或降低锅炉负荷运行，严密监视泄露部位的发展趋势，做好事故预想，向总工程师汇报，要求申请调度停炉并做好停炉前的准备工作。 如受热面泄露严重或爆破，使工质温度急剧升高，导致管壁严重超温，不能维持锅炉正常运行或危及人身、设备安全时，应即按手动紧急停炉进行处理。停炉后为防止汽水外喷，应保留吸风机运行，维持正常炉膛负压，直至泄露或爆破处蒸汽基本消失后方可停用吸风机。为了防止电除尘器极板积灰，应即停止向电除尘器供电，保持电除尘器连续振打方式。为了防止灰斗堵灰，应将电除尘器、回转式空气预热器、省煤器灰斗内的积灰放尽。 此外，还应做好泄露或爆破点附近及周围（如省煤器灰斗等）防止汽、水喷出伤人的安全措施。若受热面爆破引起锅炉全熄火或角熄火时，则应按锅炉熄火MFT处理。由于受热面损坏引起主蒸汽温度、再热蒸汽温度过高、过低或两侧偏差过大时，还应结合汽温异常的有关要求进行处理。 下面将分别叙述造成不同受热面泄露或爆管的原因、事故发生时的主要现象和处理措施。 1．水冷壁泄漏或爆管 造成水冷壁泄露或爆管的原因也是多方面的。金属管壁超温是造成爆管的重要原因之一，当炉膛内局部热负荷过高，管内壁汽泡产生的速度大于汽泡上浮速度时，汽泡相连会形成连续的汽膜，即产生膜态沸腾，此时传热系数急剧下降造成传热恶化使金属超温，严重时可能发生爆管。 燃烧调整不当，使高温烟气冲刷炉墙造成结渣，使得热负荷不均匀，未结渣区可能出现上述的传热恶化，而结渣区由于水冷壁吸热减少可能引起水循环不良，也可能引起金属冷却不良造成超温爆管。当大渣块掉下时，也可能砸坏水冷壁而造成泄露。长期给水品质不良，或水中除氧不充分造成管内结垢和腐蚀，而水垢也会引起金属冷却不足，造成超温和腐蚀引起爆管。结渣的水冷壁由于渣与金属可能发生高温腐蚀，造成管壁减薄，当不能承受工作压力时，引起爆管。吹灰不当，造成管壁磨损，也可能引起爆管。 锅炉启动或停运时，进水温度、进水速度、或升压升温速度过快，停炉时放水或冷却过快，均会产生较大的热应力，造成疲劳破坏。在锅炉制造时，焊接质量不佳或错用钢材，也会造成爆管。锅炉的频繁启、停的交变应力也会从焊接处拉裂水冷壁。运行中，锅炉严重缺水时，也将造成超温爆管。
以下为超临界锅炉水冷壁的故障和处理： 1）水冷壁流量低 如果由于给水流量、控制或运行人员操作失误使水冷壁流量低于最低设定值，在延迟最多15s后自动切断燃料。因为水冷壁低流量将引起水冷壁管过热导致故障； a）立即切断燃料； b）关闭所有从机组来蒸汽（隔绝汽轮机、驱动辅机的辅助蒸汽等） c）如果问题已经解决，再次建立水冷壁最小循环流量。 d）在首次冷却过程维持较高炉内空气流量。 e）如果锅炉受压件可能发生事故，通过开启过热器启动疏水逐步降低蒸汽压力。在锅炉冷却过程中应降低炉内空气量。机组一旦达到足够冷却关闭空气预热器和风机。当启动分离器金属温度达到93℃，锅炉疏水进入正常疏水状态。确定由于低水冷壁流量和检查锅炉过热信号，如受压件泄漏等。 f）维修泄漏点。 g）维修后再次投运锅炉应进行水压实验。 2）水冷壁管温度高 a）如果水冷壁金属温度超过设定值，在延迟最多3s将自动切断燃料。这切断过程是保护受热面管过热，防止出现故障，因此需要立即动作。 b）水冷壁超温可能显示过度燃烧、水冷壁流量低或两种情况的综合。过度燃烧可能导致负荷的急剧变化。水冷壁流量低可能导致过度的过热器喷水量。在锅炉再次点火期间应检查这些因素和加强控制。 如果水或蒸汽管故障，最佳的停炉方法将根据管子事故大小、维持正常水位和维持机组运行情况进行处理。下列的方法是根据运行人员判断的比较常规的方法；
如果受热面管子泄露或故障不包括严重的给水供水管疏水故障，水位应维持并采用正常方式使机组解列，其方法为： a）如果条件允许可投入吹灰器； b）切换燃烧方式到手动状态并降低燃烧率且使空气流量保持在正常值； c）当所有燃料熄火应继续维持机组空气流量吹扫所有可燃气体、蒸汽等。当机组已经冷却关闭风机。 d）手动锅炉上水。通过开启过热器出口疏水加速冷却、降低锅炉压力。 e）在疏水前允许锅炉冷却到93℃（启动分离器金属温度）。 如果锅炉水量明显降低且水位经给水不能维持，可采用下列方法： a．切断所有燃料； b．维持足够的风量经烟囱吹掉管子泄漏的蒸汽； c．在锅炉压力降低后停止风机和空气预热器； d．一旦机组足够冷却到人员可以进入，检查引起事故的原因。在完成检修后进行水压实验，在投运前必须取得资质单位确认。 2．省煤器管泄漏和爆管 省煤器是锅炉的重要设备之一。它的泄漏或爆管发生的主要原因有：给水品质不合格，造成管内结垢或因为水中含氧量多而造成管内腐蚀，同时水垢热阻较大，不利于水对管壁冷却而使金属超温破坏；运行中，省煤器中水温和水流量变化，造成交变热应力，使管子发生疲劳破坏；在锅炉设计或制造时，管子焊接质量不好，管子材质用错；由于飞灰的磨损使管壁磨损变薄而不能承受工作压力等。 省煤器管泄漏可以通过检测炉内声音或给水量的增加来判别，这种检查应尽快进行。省煤器管泄漏可能导致对相邻管子的吹损。从省煤器管漏出的水可能导致灰斗和空气预热器的堵塞。在明知省煤器管已经泄漏而继续运行是非常不可取的，机组应以正常方式停炉。 为防止电除尘器极板积灰，应立即停止向电除尘器供电，并保持电除尘器处于连续振打方式。为防止灰斗堵灰，电除尘器、回转式空气预热器、省煤器灰斗内积灰应除尽。为防止汽、水喷出伤人，在泄漏区应采取一定的安全措施。若烟道内有积水，应立即放水，防止烟道被破坏。 3．过热器、再热器管的泄漏和爆管 过热器或再热器管很小的泄漏也应尽可能马上进行检查。过热器或再热器管的蒸汽泄漏可能导致对相邻管子的吹损，在明知过热器或再热器管已经泄漏而继续运行是非常不可取的，机组应以正常方式停炉。 过热器和再热器管的泄漏故障必须紧急停炉。运行人员必须根据故障严重程度做出正确判断，再确定采取何种方法来进行事故处理。 过热器和再热器的蒸汽品质长期不合格，管内结垢后，影响蒸汽对金属的冷却而超温，或由于热偏差、火焰中心上移、燃料性质变差、配风不当或漏风率过大、炉膛内结渣积灰过重等原因，也可能使过热器和再热器管超温。当它们的管材在400℃以上时，可能发生蠕变，使管子胀粗而管壁变薄，并可能产生微小裂纹，积累到一定程度时便会发生爆管。 过热器和再热器管子蒸汽侧腐蚀也是造成其泄漏和爆管的原因。当管子处于400℃以上时，可发生如下化学反应 3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2 蒸汽腐蚀后生成的氢气和会与钢材发生反应，使钢材表面脱碳而发生氢腐蚀，称为氢脆，即 2H2+Fe3C=3Fe+CH4 2H2+C（游离碳）=CH4 CH4在管内积聚，使钢材变脆并产生微小裂纹。 而烟气对管材的外部腐蚀，如硫酸盐类腐蚀、硫化物腐蚀等，以及内部腐蚀，均会使管壁变薄，应力增大，严重时将导致爆管。 烟气中灰粒对管材冲刷磨损也是造成泄漏或爆管的重要原因。而在设计、制造、安装和检修时焊接质量不佳或用错钢材，或吹灰不当等，也会造成过热器和再热器损坏。 当过热器发生泄漏或爆管时，蒸汽流量将不正常地小于给水流量；炉膛负压变小；过热器损坏区域有异常声音；从不严密处有蒸汽喷出；过热蒸汽压力下降；泄漏侧烟道内烟温下降；过热蒸汽温度异常。 再热器管爆破时，可听到损坏区有喷汽声；检查孔处向外冒汽；损坏侧烟气温度下降；再热器蒸汽温度异常变化；炉膛负压减小并可能变正；汽轮机中压缸进口汽压下降。 发生爆管时，先判明其严重程度。当泄漏不严重时，先降低负荷，维持各参数在规定值内运行并提出停炉申请，严密监视爆管处情况，防止蒸汽将邻近管子吹坏，使事故扩大。当汽温超标时，可通过调整燃烧或调整汽温而保持汽温在正常范围内。若损坏严重时，应立即停炉。停炉后，保留一台引风机维持炉膛负压和抽出蒸汽，并向锅炉进水。 |
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