电厂锅炉水冷壁腐蚀性爆管原因分析及对策

发表时间:2020/11/20   来源:《中国电业》2020年7月第19期   作者:樊美存1王自中2
[导读] 锅炉等燃烧器的腐蚀控制问题一直是一个大难题,另外随着国家能源政策的进一步落实,燃油锅炉
        樊美存1王自中2
        平顶山姚孟发电有限责任公司 河南省平顶山市  467000
        摘要:锅炉等燃烧器的腐蚀控制问题一直是一个大难题,另外随着国家能源政策的进一步落实,燃油锅炉等的燃料供应发生着重大变化,正逐步转变为越来越苛刻的“渣油”作为燃料。因此大量的燃油锅炉等正面临腐蚀和燃油质量变化带来的严峻考验。为此,笔者做了大量的调查研究。
        关键词:锅炉;水冷壁;腐蚀;爆管
        引言
        水冷壁管是锅炉的重要部件之一,用于吸收 炉膛中高温火焰和烟气的辐射热量,使管内介质 受热蒸发,并起到保护炉墙的作用。其设计材料要 求具有良好的热传导性、抗热疲劳性能及抗高温 烟气腐蚀性能,并要求耐磨性能、工艺性能良好, 尤其是焊接性能良好。常用的材料有 20G、St45.8、 STB42、SA210C等,其长期使用的最高壁温应≤ 450℃[1]。
1腐蚀的影响
化学分析和金相分析结果表明,采用的锅炉施工材料符合标准要求,材料不是水管腐蚀的原因。水文分析表明,水中臭氧溶液过热,产生过多氧气,并对水管的内金属进行氧化反应,产生均匀氧化膜,随长时间冲洗高温而不断减少,裸露的新金属也随之氧化,从而减少管道壁厚的腐蚀;由于内部应力较高,焊缝和大腿热影响区域以及热影响区域具有较高的值范围,从而使焊缝腐蚀速率和热影响区域比弯头更快,从而降低焊缝中的整体弯头和法兰颈。
2原因分析
        炉管向火面表面出现缺陷的可能原因主要为应力断裂、腐蚀、疲劳、磨损、质量控制失误(含外力影响)等,每一种失效形式起因及特征表现方式不一。应力断裂主因是过热运行;疲劳失效时伴有氧化皮、裂纹特征;管壁冲击磨损发生于外壁,主要外观特征为外壁减薄;炉管高温腐蚀与低温腐蚀发生于烟气环境中,主要失效宏观特征坑穴状、麻点或浅沟槽,覆盖有灰及铁质氧化物质,发生部位在炉管外壁。本案例中,由于缺陷水冷壁基本不存在过热运行工作环境、炉管外壁正常、无横向裂纹等特征,加之综合检查分析情况并结合理化分析结果,判定此次集中性爆管故障原因为垢下腐蚀(碱腐蚀)。当受热面管内壁有水垢时,由于垢的传热性很差,垢下金属管壁的温度升高,渗到垢下面的锅炉水会发生急剧蒸浓,炉水的高度浓缩,炉水中的OH在垢层下方富集,具有很强的侵蚀性,水冷壁内壁保护膜受到破坏,铁和水形成碱性电池,发生碱性腐蚀,伴随有氧腐蚀(缺陷炉管内部有黑红色铁氧化物等生成物)垢层下方的生成的H2与钢中的渗碳体反应后铁的体积缩小,结构变化使得水冷壁管强度降低,加之垢层导致炉管工作温度升高,球化速度加快,金属管薄弱处无法承受管内汽水介质压力,导致爆管事故发生. 电站水冷壁管长期在恶劣的工况下运行,发 生爆管泄漏是较为常见的事故其中垢下腐蚀就 是最为常见的原因之一。在锅炉运行过程中,由 于内部介质的冷却作用,水冷壁管本身温度并不 高,但因凝汽器泄漏或给水处理设备故障造成给 水中含有过量盐分和氧时,水垢易沉积在热负荷 较高的水冷壁管向火侧内壁,形成垢下腐蚀。积垢 又使传热恶化,加速垢下腐蚀[9],导致恶性循环,直 至泄漏。
3改进措施
        3.1加强水质监控
        锅炉水质的好坏,直接影响锅炉的使用寿命,在锅炉的运行过程中要加强水质的PH值、酸碱度、硬度、溶解氧、电导率等各项指标监控,水质一旦有异常,需尽快查明原因,采取必要的措施,确保水质各项指标在标准范围内。
        3.2减少锅炉燃料未完全燃烧造成的热损失影响
        锅炉燃料燃烧不足时,通过分析燃料量、进气流量、进气流量和外部条件等影响燃料的因素,可能会导致较高的温度损失。

引导进锅炉的进气电流应首先调节,锅炉保持稳定,锅炉内的气流应进行调整,以提高燃油的燃烧效率,避免锅炉出现严重的热损坏;第二,锅炉燃烧状态后的第二气流应精确调节,同时保持锅炉内足够的氧气,以充分利用由此产生的热量。针对次要和燃烧气流进行优化。锅炉燃烧过程中,应优化锅炉的第二和冲击气流。优化第二气流时,通常会在锅炉中安装第二个风扇,以实时控制锅炉中的第二个气流。在优化燃料量时,燃烧器安装在锅炉内,利用内燃机的中波,同时氧气进入锅炉,提高燃烧次数比,并通过测量比控制锅炉的运行。
        3.2增加除氧设备
        给水中过量的溶解氧会引起锅炉的腐蚀,为了降低含氧量,必须要控制给水的含氧量。在GB15762018标准中,规定额定蒸发量大于或者等于10t/h的锅炉,给水应除氧。因此针对给水中溶解氧含量较高的问题,首先要确保锅炉安装有除氧设备,可以采用热力除氧、真空除氧、海绵铁除氧、化学除氧剂除氧、电化学除氧等除氧方法。此外,应保障除氧设备正常运转,锅炉操作人员对出现的设备故障问题能够有一定的处理和解决能力,并能够及时与管理人员沟通处理。
        3.4对水冷壁管缺陷部分进行大面积更换
        根据解剖测厚结果,水冷壁管存在大量结垢和大幅减薄,已基本不具备酸洗条件,由于四面炉墙工作环境基本相同,缺陷情况也基本相似,加之爆管区域的分散性,为保证机组安全运行,须对已发生腐蚀的水冷壁管缺陷段进行全面更换。3.5改良给水管设计
        炉是由专门知识和思考组成的更复杂的设备。在设计过程中经常会出现一些不熟悉的考虑因素,这些因素往往是在使用炉后才产生的。如果相应地增加弯头的弯曲半径,则可以更改水的允许条件,降低局部阻力,降低压力,从而降低管道衰减的可能性。
        3.6金属的实际监测
        水冷壁的设计具有大约的使用寿命。10万小时和两台钢制锅炉实际上已经超过了施工期限,这涉及到机器相对频繁的调试和相对频繁的跌落,需要进一步加强金属监测。金属监测受DL438-2016、DL/T939-2005发电厂消防能力监测技术规程要求的制约。
        3.7优化火焰浓度
        锅炉燃烧过程中,燃烧器产生更多无法完全燃烧的可燃物质,导致锅炉灰中产生更多火焰,影响锅炉燃烧效率。锅炉灰中可燃燃料比例较高,系统工作效率低下,燃料分解不足,炉内未处于充分燃烧状态,可燃物质量增加。优化炉灰中火焰的浓度需要测量锅炉中飞火焰的含量,并协调锅炉燃烧过程与进气流量之间的关系,以使二者保持适当的状态。
        3.8加强管理
        锅炉是危险性较大的特种设备,加强安全管理对于预防事故的发生和设备的损坏是十分必要的。因此使用单位应牢固树立安全意识,强化安全管理,要严格制定锅炉安全使用管理规章制度,并定期组织管理人员和操作人员进行学习和培训,努力提高人员的安全意识和使用管理技能,将各项安全管理规章制度落到实处。
结束语
        综上所诉,锅炉在使用过程中产生失效所涉及的因素是多方面的,因此在实际的检验工作中,要根据不同的失效模式及失效部位,分析具体的失效过程及原因,了解设备的运行状态,进而采取有效的解决措施,才能确保设备的安全稳定经济运行,大幅提高锅炉的使用寿命。
参考文献
[1]谢涛.火电厂锅炉尾部受热面检修技术研究分析[J].科学技术创新,2018(35):170-171.
[2]李兴彪,张国强.锅炉水冷壁泄漏失效分析[J].特种设备安全技术,2018(06):12-13.
[3]陶向前.某火电厂锅炉水冷壁氢脆爆管原因分析[J].科技视界,2018(35):208-209.
[4]施玲.工业锅炉水处理新技术及运用实践分析[J].化工管理,2018(35):238.
[5]孙利强,樊文明.火电厂锅炉管道受热面腐蚀速度在线检测装置的研制及应用[J].内蒙古电力技术,2018,36(06):74-77+85.
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