锅炉旋风分离器进口受热面管爆裂原因分析

曹峰

摘要：锅炉受热面管爆裂原因多种，例如：长时间超温运行引起蠕变开裂、缺少温度控制等。因此，做好锅炉旋风分离器进口受热面管爆裂尤为重要，制定科学有效的方案措施，避免锅炉旋风分离器运行爆裂保证正常运行。对此，笔者结合实践研究，就锅炉旋风分离器进口受热面管爆裂原因进行简要分析，提供借鉴。

关键词：锅炉；旋风分离器；受热面管；爆裂原因分析

笔者某锅炉为例，该锅炉蒸发量在130t/h，过热器出口压力在9.8MPa,温度在550℃。旋风分离器进口延到受热面从汽包上端引出2根导气管走进受热面上集箱，通过13排炉管引入受热面下集箱。随后，使用2根导气管引进旋风分离器进口集箱，管组属于膜片式，炉管型号为ø51mm*5mm，材料是20G钢。炉管受热侧浇筑防火耐磨层50mm，炉管非受热侧保温层为130mm。运行后锅炉始终在低负荷条件下，左端旋风分离器进口延到炉管出现爆裂进行检修，对其爆裂原因进行分析。

一、锅炉旋风分离器受热面管分析

分离器：分离器是把混合的物质分离成两种或两种以上不同的物质的机器。天然气出口处的压力控制阀通常是自力式调节阀或配套压力变送器、控制器、气源的气动薄膜调节阀等。出油阀通常为配套液位传感器、控制器、气源的气动薄膜调节阀或浮子液面调节器操纵的出油调节阀等。利用旋转的含尘烟气所产生的离心力,将颗粒从气流中分离出来的气固分离装置.从炉膛出口出来的含尘烟气由筒体的侧面沿切线方向导入,烟气流速增加,气流在圆筒顶部沿中心线方向导入,烟气流速增加,气流在圆筒顶部沿中心筒旋转向下,到达锥体的端点前反转向上,洁净烟气由中心筒排出旋风分离器。（如图一）。旋风分离器采用切向进气方式，可保证分离效率≥90%。由于高效率的分离，保证了炉膛内有足够的循环灰量，能减少尾部烟气含灰量，进一步提高锅炉的热效率。

循环流化床锅炉因为荷载调节范围广、煤种适用性广泛、低污染排污等优势有了迅速发展。至今为止，我国已经从高压、超高压、亚临界至超临界CFB锅炉技术的发展，在役CFB锅炉的桩机容量已经占据燃煤火力发电力的15%。随着产业的迅速发展，一些问题逐渐暴露出来，尤其是较早投产锅炉在设计、安装过程中因为缺少经验缺少对煤种与工作要求考虑。所以，锅炉建成运行过程中存在一些问题。锅炉运行床温高造成带负荷水平受到影响、炉内脱硫水平低。基于社会节能条件下，该问题的解决成为当务之急。

（一）讨论分析

该锅炉受热面管破口为鱼嘴状，破口粗糙，边缘较钝，破口位置管径带有涨粗，管壁减薄不大，主破口周围带有不同小裂缝。锅炉外层因为浇筑料包裹，氧化皮较少。通过某公司内窥镜分析炉管内壁可以看到较厚氧化皮。破口两侧窄中间宽，从而看出爆裂位置在破口中间。破口外壁无氧化皮，但内部氧化皮较厚并内部裂纹紧密，表示爆裂是从内壁沿向外壁。

（二）化学含量

通过ARL4460直读光谱仪对炉管展开化学分析，从而得出炉管材料化学成分满足GB5310--2008《高压锅炉用无缝钢管》对20G钢成分的技术要求（如表一）。

（三）力学属性检测

在距离炉管破口较远位置选取样本，选择拉伸试验机中展开拉伸检测。其中。实际检测的屈服强度为300，抗拉强度为400、断后伸长率在32%；标准参数分别为：>240、>410--500、>21。得出：炉管材料力学属性满足GB5310--2008对20G技术要求。

（四）金相检测

选择炉管破口位置与破口周围取样，通过向前、打磨等处理后，使用GX71型金相显微镜关系。结果显示：破口位置与周围炉管材料显微组织全部是铁素体与球粒状的碳化物，片状珠光形态小时，晶界与铁素体多为球状碳化物不断增加，其全球化等级在5级，可以看出晶界内有蠕变孔洞。较远距离破口位置通过现场金相分析设备展开限位组织分析，实践证明，材料显微无异常，呈现铁素体与球光体，无显著的球光球化问题。

二、锅炉旋风分离器受热面管原因分析

通过化学成分研究和力学属性实验证明，炉管材料化学成分与力学属性全部达到既定要求。炉管内壁中带有氧化皮，破口与破口位置周围显微组织内珠光体已经球化，表示锅炉管工作时间较长，破口位置显微组织无贝氏体、马氏体，超温温度在Ac1。炉管内壁氧化皮因为水蒸气高温条件下分解形成氢氧，金属在高温水蒸气内出现氧化导致。氧化皮厚度与工作时间、材料属性有着密切联系：氧化皮厚度伴随着时间的增加为线性增加关系，伴随着温度的增加而不断提高。在金属材料靠近最高温度时，影响效果明显。锅炉管由于内壁氧化皮脱节，弯头等位置集中导致管路堵塞而制约整齐流量导致管壁温度增加，有待进一步检验。氧化皮热阻较高影响整齐与关闭热量交替，造成管壁金属温度增加加剧氧化。

图一锅炉旋风分离器

从大量检验的实际情况看,锅炉受热面内壁氧化膜壁厚测量对锅炉的检验与维护有一定的指导意义；锅炉炉管内壁氧化膜厚度一般<0.4mm。如果锅炉在超温条件下运行时间过长,在某些特定部件,如再热器,就会出现炉管内壁氧化膜厚度异常的情况,实际中曾遇到内壁氧化膜厚度约达1mm的例子,且通常外壁氧化腐蚀也较为严重。利用高频超声波可以有效地测量锅炉受热面管子内壁氧化膜的厚度,但在测量厚层氧化膜时需要人工判断。由于长时间运行在含氧蒸汽中,加之超温影响,炉管内壁氧化膜会出现分层现象,甚至出现fe2o3和fe3o4分层交错的现象。由上述原理可知,体现在氧化膜测量上,除了第一次反射波和最后一次反射波为反相且声压幅值较大外,两个反相声压之间还存在多个正相的超声波,这是层间声波透射和反射的结果。这时仪器系统本身不能自身拾取信号,需要人工加以判断。

因为保管破口位置显微组织蠕变孔洞与蠕变裂纹，扫描电镜分析结果显示爆裂断口顺着沿晶脆性断裂特点表示，锅炉管爆裂因为蠕变受损引起。在低碳钢达到440℃到Ac1温度长时间工作，珠光体内层片状渗碳体由于表面能较大而转向较低的球状渗碳体转化。同时，逐步集中扩大。珠光体球化让材料抗拉性、屈服强度等缩减，加剧蠕变速度。晶界内发生蠕变孔洞，应力影响下而增加、聚合，形成微裂纹，微裂纹连接呈现宏观裂纹指导炉管爆裂。

结语：

总而言之，运行后锅炉始终在低负荷条件下，左端旋风分离器进口延到炉管出现爆裂进行检修，对其爆裂原因进行分析。炉管爆裂因为长期超温工作引起蠕变导致。炉管超温多因为内壁氧化皮脱落堵塞管道、制约蒸汽流量造成。针对这一问题，还应做好蒸汽量、烟气的控制，防止长期超温工作。同时，锅炉检测过程中对炉管展开金相检测，显微组织球化在5级以上的炉管及时更换。最后，通过高频超声波氧化皮技术进行内部氧化皮厚度检验，内壁氧化皮厚度较大的炉管也要做好更换准备，确保正常运行。

参考文献：

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