0、引言
    目前，新建火力發(fā)電機組以600 MW和1000 MW機組為主，但現(xiàn)在運行的火力發(fā)電機組仍以300 MW機組為主，做好300 MW機組的安全運行工作具有重要的意義。在300 MW機組非計劃停機事故中，鍋爐事故占據(jù)首位，而鍋爐爆管事故又是發(fā)生最多的鍋爐事故。本文將探討300 MW機組自然循環(huán)鍋爐爆管事故的主要原因，以及如何在運行工作中及時發(fā)現(xiàn)并減少爆管事故。
1、鍋爐爆管原因分析
    過熱器、再熱器、省煤器和水冷壁是鍋爐主要承壓換熱面，也稱為“四管”，鍋爐的爆管主要是指“四管”的爆漏。新機組鍋爐爆管的主要原因是錯用管材、管材不合格、異物堵塞受熱管及焊接缺陷等。老機組鍋爐爆管原因主要有以下幾種。
1.1鍋爐換熱面超溫
    超溫爆管是因某種原因?qū)е鹿茏咏饘賹嶋H工作溫度超過鋼材允許的下臨界點溫度，在介質(zhì)內(nèi)壓作用下管道破壞而出現(xiàn)故障。工作溫度處于金屬蠕變范圍的過熱器和再熱器，以及由于熱傳導(dǎo)狀況不正常而引起管壁工作溫度升高的水冷壁，都容易造成應(yīng)力破裂。
    超溫有短期超溫和長期超溫2類。短期超溫一般是從一些異常情況開始并發(fā)展形成的，例如燃燒器調(diào)整不當(dāng)，產(chǎn)生火焰沖墻，導(dǎo)致水冷壁局部短期超溫；燃燒方式不合理，管屏熱力偏差增大；鍋爐結(jié)渣，導(dǎo)致受熱面短期超溫；汽水分配不均，部分管路循環(huán)停滯或流量過低；管內(nèi)有維修殘留物、氧化垢等障礙物，導(dǎo)致管內(nèi)汽水循環(huán)不良；管內(nèi)嚴(yán)重結(jié)垢，使管子傳熱效果變差；尾部煙道再燃燒等，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒秸稈顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
    鍋爐管的長期超溫往往是由于設(shè)計不合理、維修不正確以及運行調(diào)整不恰當(dāng)?shù)冉Y(jié)構(gòu)性原因造成的。長期超溫的主要原因有：煙氣熱偏差過大，管子熱負(fù)荷超過設(shè)計值；管子金屬材料使用不當(dāng)；管內(nèi)結(jié)垢輕微，長期傳熱熱阻高；局部熱負(fù)荷較高，造成管子壁溫高于其規(guī)定值；管內(nèi)冷卻介質(zhì)流量偏低；受熱面積灰、結(jié)焦等。
    長期超溫狀態(tài)下的爐管一般會發(fā)生蠕變破裂，爆管的管子呈脆性斷裂特征，破口粗糙、邊緣為不平整的鈍邊；管子壁厚減薄不多，內(nèi)外壁有一層較厚的易剝落氧化皮，沿破口周圍有很多平行于破口的縱向裂紋，整個破口張開不大，其微觀特征是在破口附近有許多類平行的沿晶小裂紋和晶間孔洞，珠光體區(qū)域形態(tài)？肖失，晶界有明顯的碳化物聚集，背火側(cè)組織明顯好于向火側(cè)組織。
    短時超溫的爐管在運行中由于冷卻條件的惡化，使部分管壁溫度短時間內(nèi)迅速上升至鋼的下臨界點Ac．附近，甚至可達上臨界點AC以上，在此溫度下，管子向火側(cè)產(chǎn)生塑性變形、管徑脹粗使管壁減薄而爆管。短時超溫爆管的破口具有完全延性斷裂的特征。爆管脹粗明顯，破口張開很大，呈喇叭狀；破口表面比較光滑，邊緣鋒利呈刀刃形，破口附近沒有裂紋。其微觀特征是破口處金屬出現(xiàn)相變或不完全相變組織，未相變的鐵索體沿變形方向被拉長，背火面組織變化不大。
1.2管內(nèi)腐蝕
    鍋爐管內(nèi)的水或蒸汽中所含雜質(zhì)的種類或數(shù)量不同，導(dǎo)致鋼管內(nèi)的腐蝕程度不同。高溫狀態(tài)下水作用于鋼，便自然地加速生成磁性氧化鐵(即Fe304)保護層，可防止鋼被進一步腐蝕。但磁性氧化鐵并不穩(wěn)定，當(dāng)pH值低于5或高于12時，便被溶解，發(fā)生堿性腐蝕或氫損傷。在爐管的內(nèi)表面因氧的侵蝕作用造成坑蝕或局部腐蝕而導(dǎo)致故障，這種失效方式稱為點蝕。腐蝕是在管壁上圍繞積垢發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)引起的，因垢下爐管表面為陽極，導(dǎo)致爐管被腐蝕，造成穿透性孔洞泄漏。
1.3管外腐蝕
    燃料成分和金屬溫度的影響是造成爐管煙氣側(cè)發(fā)生腐蝕的重要原因，鍋爐燃料的腐蝕性因燃料的灰分組成和爐管表面溫度而異，主要有低溫腐蝕、水冷壁和過熱器、再熱器的同溫?zé)岣�蝕。在燃燒高水分高硫燃料時，尾部受熱面低溫部分會受到腐蝕，稱為低溫腐蝕。低溫腐蝕是因為管壁金屬表面有硫酸將金屬蝕掉，使管壁外表面受到損耗。水冷壁向火側(cè)腐蝕主要是水冷壁在“還原氣氛”下管壁遭到腐蝕所致，影響水冷壁腐蝕的最主要因素是水冷壁附近的煙氣成分和管壁溫度。煤灰中含有腐蝕性物質(zhì)，在高溫處于熔融狀態(tài)，將造成受熱面金屬的腐蝕作用，通常是發(fā)生在過熱器或再熱器高溫地區(qū)的外管壁上，在受熱面金屬表面生成堿性三硫化鐵的復(fù)合物，該液態(tài)三硫化物將金屬最外層的氧化鐵熔掉，使金屬暴露在有氧環(huán)境中，進一步產(chǎn)生腐蝕金屬的氧化物。
1.4磨損原因
    在鍋爐運行中，由于灰粒、灰渣或煤顆粒不斷沖刷撞擊受熱面管，使管壁減薄，斷面承受的應(yīng)力增大，當(dāng)超過鋼材的屈服強度時，管子將會失效。根據(jù)磨損發(fā)生的區(qū)域及沖擊顆粒不同，可將磨損分為飛灰磨損、吹灰磨損、掉渣沖刷和煤粒磨損4種。飛灰磨損是煙氣中的高速灰粒沖擊管壁金屬而造成磨損，灰粒量及其速度是金屬磨損的主要因素。吹灰磨損是指吹灰器運行失當(dāng)使管子磨損而引起的損壞，往往是由于吹灰蒸汽中帶水或灰，或者吹灰器噴嘴有缺陷引起的。掉渣沖刷是指大團灰渣塊從高處落下，擦傷管子并使?fàn)t管受損。受磨損最嚴(yán)重的部位是爐膛下部灰斗緊靠側(cè)墻一帶。
1.5疲勞原因
    當(dāng)鍋爐管子受到周期應(yīng)力或應(yīng)變時，將會導(dǎo)致疲勞裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展并最終使管子失效。一般來講，應(yīng)力愈高，產(chǎn)生疲勞斷裂所需的循環(huán)次數(shù)愈少。如果應(yīng)力水平降低到疲勞極限以下，則不論應(yīng)力循環(huán)次數(shù)多少都不會產(chǎn)生疲勞裂紋。當(dāng)金屬處于腐蝕性環(huán)境中承受附加循環(huán)應(yīng)力時，其疲勞極限值將明顯降低而使管子較易失效。疲勞原因包括機械疲勞、熱疲勞和腐蝕疲勞。機械疲勞是指鍋爐管子因振動而產(chǎn)生疲勞并逐步擴展，最終導(dǎo)致斷裂。鍋爐受壓部件表面由于急劇加熱，冷卻產(chǎn)生沖擊熱應(yīng)力，如果塑性材料表面熱應(yīng)力超過屈服點，且經(jīng)過多次交變，將會產(chǎn)生疲勞裂紋而導(dǎo)致失效。熱疲勞裂紋的發(fā)生和發(fā)展是由于管子表面溫度突然大幅度變化，致使管壁內(nèi)外間產(chǎn)生溫差所致。而腐蝕疲勞是管件在腐蝕性環(huán)境中并受到周期應(yīng)力的作用引起的疲勞形態(tài)，在交變應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下，金屬疲勞強度或疲勞壽命較無腐蝕作用時有所降低。
1.6焊接質(zhì)量原因
    鍋爐受熱面在維修換管時會采用焊接工藝，在焊接過程中由于溫度控制和應(yīng)力釋放不當(dāng)，出現(xiàn)熔融不全、過度溶透、夾渣、氣孔、表面缺陷（包括咬邊、焊瘤、弧坑、電弧擦傷及焊縫尺寸不符合要求等）和裂紋（包括熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋）等缺陷，而焊接操作不當(dāng)、接縫預(yù)處理不當(dāng)、焊條不良、錯用焊條、預(yù)加熱不適宜或冷卻太快都會使焊縫或熱影響區(qū)出現(xiàn)裂紋，從而使焊接處局部周向應(yīng)力明顯增加，最后因強度不足而失效。
2、運行對策
2.1運行工作中如何減少爆管事故
    爆管事故危害性較大，而且會造成非計劃停機，影響電廠的經(jīng)濟性。運行中對機組進行調(diào)整，可以減少爆管事故的發(fā)生，運行工作中可以采取的手段有：
    (1)合理進行燃燒調(diào)節(jié)。正確組織燃燒工況，及時、科學(xué)地調(diào)整運行參數(shù)，盡量避免火焰偏斜和煙溫偏差，防止過熱器和再熱器壁溫超溫過熱，保持合適的火焰中心位置，注意控制煤粉細度，控制一次風(fēng)粉氣流偏轉(zhuǎn)，提高二次風(fēng)速，保證煤粉燃燼，避免在水冷壁附近形成還原性腐蝕環(huán)境和爐內(nèi)結(jié)焦。
    (2)合理使用吹灰器。鍋爐受熱面定期吹灰，對提高鍋爐效率，降低排煙溫度以及減少煙氣灰粒的磨損均有好處。應(yīng)合理確定吹灰器的使用頻率，若吹灰器投入率低，吹灰器效果差，爐膛、過熱器易積灰結(jié)焦，使煙溫升高，再熱器、過熱器易引起超溫過熱。但若吹灰過勤、吹灰器使用不當(dāng)或吹灰器出現(xiàn)故障，都會使受熱面損傷，甚至造成吹灰器附近的受熱面管嚴(yán)重受損。
    在吹灰期間，應(yīng)有運行人員現(xiàn)場監(jiān)視吹灰器的運作情況，若吹灰器故障卡澀，應(yīng)立即關(guān)閉進汽閥門，及時手動退出，以免故障吹灰器吹薄換熱面管壁；同時，保證吹灰器疏水暢通，嚴(yán)防蒸汽帶水；定期檢查校驗吹灰器槍桿的垂直度，嚴(yán)防彎曲造成吹掃半徑改變而吹傷受熱面。
    (3)加強化學(xué)運行監(jiān)督、嚴(yán)格控制汽水品質(zhì)。運行人員要加強化學(xué)監(jiān)督，嚴(yán)格控制汽水品質(zhì)，避免爐管內(nèi)部腐蝕和結(jié)垢，防止凝汽器泄漏。水冷壁管內(nèi)垢量超標(biāo)或運行年限達到規(guī)程規(guī)定值時，要及時進行化學(xué)清洗，防止氫損傷或堿性腐蝕的發(fā)生。對停用備用鍋爐要做好防腐保養(yǎng)措施。
    (4)正確控制機組啟、停過程的蒸汽溫度變化率。嚴(yán)格按照規(guī)程中鍋爐啟、停和變負(fù)荷的曲線進行操作，鍋爐冷態(tài)啟動時要嚴(yán)格控制主汽溫再熱汽溫的升溫梯度，消除冷熱不均產(chǎn)生的熱應(yīng)力，避免熱應(yīng)力拉傷拉裂焊口。
2.2運行工作中如何及時發(fā)現(xiàn)爆管事故
    (1)通過鍋爐爆管監(jiān)測系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)爆管事故。近年來，國內(nèi)部分300 MW機組通過技術(shù)改造安裝了鍋爐四管爆漏監(jiān)測系統(tǒng)，可以及時發(fā)現(xiàn)爆漏，避免事故擴大并減少管子吹損數(shù)量。運行人員應(yīng)密切注意爆管監(jiān)測系統(tǒng)的檢測情況，爆管監(jiān)測系統(tǒng)一般設(shè)計為在延時一定時間后才在主控室電腦屏幕或控制盤上報警。
    (2)通過現(xiàn)場巡檢及時發(fā)現(xiàn)爆管事故。在鍋爐周圍進行現(xiàn)場巡檢，也是及時發(fā)現(xiàn)爆管事故的一個重要手段。巡檢時，可以貼近鍋爐外壁，通過聽力辨別有無新的異常聲音出現(xiàn)，尤其是蒸汽噴射的聲音，在鍋爐現(xiàn)場通過聽力辨別鍋爐泄漏需要一定的現(xiàn)場經(jīng)驗積累；在戴好防護面罩后，還可以通過各層望火孔觀察爐膛內(nèi)有無異常現(xiàn)象，以判斷鍋爐有無泄漏。
    (3)通過對參數(shù)變化的判斷及時發(fā)現(xiàn)爆管事故。鍋爐泄漏后，機組的一些參數(shù)會出現(xiàn)異常變化，如機組補給水量和鍋爐給水量會增大，爐膛負(fù)壓會出現(xiàn)波動，省煤器入口煙氣溫度也會發(fā)生變化等。運行人員應(yīng)重視這些參數(shù)的變化，并通過這些參數(shù)去判別鍋爐是否已經(jīng)發(fā)生了泄漏。
3、結(jié)束語
    運行人員應(yīng)嚴(yán)格遵循操作規(guī)程進行操作，減少鍋爐爆管事故的發(fā)生；同時要勤于檢查，以便及時發(fā)現(xiàn)鍋爐爆管事故，避免事故的擴大。本文介紹的各種狀況及總結(jié)出的各種對策，對機組運行人員有較好的指導(dǎo)作用，可供運行時借鑒，富通新能源不但生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，而且還大量銷售木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。