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解析鍋爐承壓部件泄露或爆破的成因

   大型火力發(fā)電機(jī)組的非停事故大部分是由鍋爐引起的。隨著鍋爐機(jī)組容量增大,“四管”爆泄事故呈現(xiàn)增多趨勢(shì),嚴(yán)重影響鍋爐的安全性,對(duì)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性影響也很大。有的電廠因過熱器、再熱器管壁長(zhǎng)期超溫爆管,不得不降低汽溫5~10℃運(yùn)行;而主汽溫度和再熱汽溫度每降低10℃,機(jī)組的供電煤耗將增加 0.7~1.1g/kWh;主蒸汽壓力每降低1MPa,將影響供電煤耗2g/kWh。為了防止鍋爐承壓部件爆泄事故,必須嚴(yán)格執(zhí)行《實(shí)施細(xì)則》中關(guān)于防止承壓部件爆泄的措施及相關(guān)規(guī)程制度。
    鍋爐承壓部件泄露或爆破的現(xiàn)象及原因
   (一)“四管”爆泄的現(xiàn)象
    水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器在承受壓力條件下破損,稱為爆管。受熱面泄露時(shí),爐膛或煙道內(nèi)有爆破或泄露聲,煙氣溫度降低、兩側(cè)煙溫偏差增大,排煙溫度降低,引風(fēng)機(jī)出力增大,爐膛負(fù)壓指示偏正。
    省煤器泄露時(shí),在省煤器灰斗中可以看到濕灰甚至灰水滲出,給水流量不正常地大于蒸汽流量,泄露側(cè)空預(yù)器熱風(fēng)溫度降低;過熱器和再熱器泄露時(shí)蒸汽壓力下降,蒸汽溫度不穩(wěn)定,泄露處由明顯泄露聲;水冷壁爆破時(shí),爐膛內(nèi)發(fā)出強(qiáng)烈響聲,爐膛向外冒煙、冒火和冒汽,燃燒不穩(wěn)定甚至發(fā)生鍋爐滅火,鍋爐爐膛出口溫度降低,主汽壓、主汽溫下降較快,給水量大量增加。受熱面爐管泄露后,發(fā)現(xiàn)或停爐不及時(shí)往往會(huì)沖刷其他管段,造成事故擴(kuò)大。
   (二)鍋爐爆管原因
   (1)鍋爐運(yùn)行中操作不當(dāng),爐管受熱或冷卻不均勻,產(chǎn)生較大的應(yīng)力。
    1)冷爐進(jìn)水時(shí),水溫或上水速度不符合規(guī)定;啟動(dòng)時(shí),升溫升壓或升負(fù)荷速度過快;停爐時(shí)冷卻過快。
    2)機(jī)組在啟?;蜃児r運(yùn)行時(shí),工作壓力周期性變化導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力周期性變化;同時(shí),高溫蒸汽管道和部件由于溫度交變產(chǎn)生熱應(yīng)力,兩者共同作用造成承壓部件發(fā)生疲勞破壞。
   (2)運(yùn)行中汽溫超限,使管子過熱,蠕變速度加快
    1)超溫與過熱。
    超溫是指金屬超過額定溫度運(yùn)行。超溫分為長(zhǎng)期超溫和短期超溫,長(zhǎng)期超溫和短期超溫是一個(gè)相對(duì)概念,沒有嚴(yán)格時(shí)間限定。超溫是指運(yùn)行而言,過熱是針對(duì)爆管而言。
    過熱可分為長(zhǎng)期過熱和短期過熱兩大類,長(zhǎng)期過熱爆管是指金屬在應(yīng)力和超溫溫度的長(zhǎng)期作用下導(dǎo)致爆破,其溫度水平要比短期過熱的水平低很多,通常不超過鋼的臨界點(diǎn)溫度。
    短期過熱爆管是指,在短期內(nèi)由于管子溫度升高在應(yīng)力作用下爆破,其溫度水平較高,通常超過鋼的臨界點(diǎn)溫度,會(huì)導(dǎo)致金屬組織變化發(fā)生相變。
    長(zhǎng)期過熱是一個(gè)緩慢的過程,鍋爐運(yùn)行中管子長(zhǎng)期處于設(shè)計(jì)溫度以上而低于材料的的下臨界溫度,逐漸發(fā)生碳化物球化、管壁氧化減薄、持久強(qiáng)度下降、蠕變速度加快而導(dǎo)致爆管。
    2)熱偏差
    影響熱偏差的主要因素是熱應(yīng)力不均和水力不均。
    3)熱惡化
    第一類傳熱惡化也稱作膜太沸騰,是指管外熱負(fù)荷過大,因管壁形成汽膜導(dǎo)致的沸騰傳熱惡化。
    第一類傳熱惡化所對(duì)應(yīng)的臨界熱負(fù)荷非常大,大型電站鍋爐一般不會(huì)發(fā)生。
    第二類傳熱惡化即管內(nèi)環(huán)狀流動(dòng)的水膜被撕破或者“蒸干”。發(fā)生第二類傳熱惡化的熱負(fù)荷低于第一類傳熱惡化的熱負(fù)荷值。直流爐因加熱、蒸發(fā)、過熱三階段無(wú)明顯分界點(diǎn),工質(zhì)含汽率x 由0逐漸上升到1,發(fā)生第二類傳熱惡化不可避免。
    直流鍋爐蒸發(fā)受熱面的沸騰傳熱惡化現(xiàn)象主要與工質(zhì)的質(zhì)量流速、工作壓力、含汽率和管外熱負(fù)荷有關(guān)。
   (3)受熱面磨損
    受熱面磨損是由含灰氣流對(duì)受熱面沖刷撞擊造成的。受熱面磨損的速度與氣流速度的三次方成正比,與飛灰    濃度成正比,與管子的排列方式、管子的耐磨性能有關(guān),同時(shí),飛灰硬度、形狀、直徑大小也是影響受熱面磨損速度的因素。
    受熱面磨損是省煤器爆管的主要原因。
   (4)受熱面腐蝕。
    1)爐管內(nèi)高溫氧化腐蝕。受熱面管子中鐵離子在一定的溫度下氧化,隨著受熱面壁溫度升高,氧化速度不斷加快;當(dāng)溫度高于580℃時(shí),爐管金屬內(nèi)壁氧化皮層由FeO、Fe2O3、Fe3O4三種氧化物組成,最靠近金屬的氧化物FeO構(gòu)成氧化層的主要部分。由于FeO的晶體疏松不緊密,晶體缺陷多,易造成氧化層脫落,使金屬與氧易于接觸而重新氧化,加速了氧化過程,產(chǎn)生高溫氧化腐蝕破壞。同時(shí),氧化皮脫落導(dǎo)致受熱面堵塞,管子過熱爆管。
    2)爐管內(nèi)結(jié)垢、腐蝕。給水品質(zhì)不良,爐水品質(zhì)差,引起爐管管內(nèi)結(jié)垢,結(jié)垢后易產(chǎn)生垢下腐蝕。同時(shí),結(jié)垢使傳熱熱阻增大,管壁溫度上升,強(qiáng)度減弱,發(fā)生爆管。
    3)受熱面的高溫黏結(jié)灰和高溫腐蝕。在高溫?zé)煔猸h(huán)境中,飛灰沉積在受熱面管子表面,煙氣和飛灰中的有害成分(復(fù)合硫酸鹽)會(huì)與管子金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使管壁減薄、強(qiáng)度降低,稱為高溫腐蝕。
    4)制造、安裝、檢修質(zhì)量不良。如管材或管子鋼號(hào)錯(cuò)誤、管子焊口質(zhì)量不合格、彎頭處管壁嚴(yán)重減薄。
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