热电厂余热锅炉疏水管爆管失效分析

1、 热电厂余热锅炉疏水管爆管失效分析 摘要：余热锅炉作为热电厂关键设备，主要对产生的高温烟气进行冷却、换热、产生蒸汽，是余热回收、节能减排的重要支撑。本文就对其疏水管爆管失效展开了相关探究。关键词：热电厂；余热锅炉；锅炉疏水管；爆管失效1概况某热电厂1号余热锅炉为三压、再热、无补燃、无旁通烟筒、自然循环、带除氧器、全封闭、卧式余热锅炉，与ge9371fb型燃气轮机匹配，本台余热锅炉配“二拖一”蒸汽轮机，于2014年6月20日正式投运。2018年01月20日，运行监盘人员发现1号余热锅炉高压主蒸汽流量264t/h，高压给水流量314t/h，高压给水流量异常大于高压主蒸汽流量50t/h，立即就地检查

2、，发现1号余热锅炉零米烟道处有异常声音，1号模块下部周围有少量蒸汽冒出。停机后发现高压低温过热器疏水管发生爆漏。高压低温过热器疏水管设计材质为20g，规格为准60mm5mm。1号炉高压汽包压力10.45mpa，温度310。高压低温过热器入口为高压汽包，高压低温过热器压力、温度与高压汽包参数基本相同。爆漏部位发生在疏水管的竖直管段，竖直管段撕裂为上部爆口、中间铁片和下部爆口三部分。爆口边缘无明显的剪切唇和毛刺等塑性变形特征。爆开的铁片外表面可见众多轴向裂纹，符合长期过热特征。高压低温过热器疏水管设计规格准60mm5mm，爆口附近有明显胀粗，胀粗最严重部位外径为70.1mm，胀粗量达管外径的17%

3、。水平管段距离爆口越近的部位胀粗越明显。2余热锅炉失效原因2.1热负荷过大在投产初期，该余热锅炉运行正常，能满足生产所需。近年来，通过加大管理力度、优化生产组织，半钢及钒渣产量都大幅度提高，其中半钢年产量超112.5%、钒渣年产量超104.5%，热负荷过大，锅炉管内的水汽化严重，冷却不良，出现管子烧裂漏水现象，特别是在三段、四段烟道表现明显。2.2循环冷却水水质控制不严由于汽包无加药、取样装置，锅炉冷却水在循环过程中不断蒸发、浓缩，值动态变化，很难保证水碱度平衡：值超标会破坏锅炉管金属钝化膜，加速氧对锅炉管的电化学腐浊，管壁变薄，严重时形成深坑和穿孔泄漏“5”如果锅炉冷却水水碱度过高，锅炉管使

4、用一段时间后就会出现结垢。通过对失效锅炉管研究分析，水垢主要为碳酸盐及磷酸盐水垢，局部厚度约，严重影响汽化冷却烟道的传热效果，在锅炉管最薄弱处产生裂纹，发生漏水。2.3烟道结构设计不合理国内外大部分钢铁企业为使转炉余热锅炉更加紧凑，设计安装时立体空间个方向都有布置烟道末端结构常用圆弧式、多边形式、直角式，有利于与净化系统设备连接1。烟气在拐角处产生较强的漩涡、易结渣，温度高、烟气流速高的区域锅炉管劣化趋势明显，产生裂纹或爆管漏水：通过应用软件数值模拟不同结构形式下烟道内的烟气流场、温度场分布状况，分析不同结构形式烟道的使用寿命，制定优化措施。（）物理模型。根据已知几何尺寸，建立余热锅炉三维空间

5、模型，模型空间区域为烟气的流动区域。（）边界条件、数值模拟时，网格划分忽略膜式水冷壁对烟气流动的影响，设人口烟气流速为6.5、人口烟气温度、人炉炉气量m/h、烟道直径mm、中心线长度mm、自然循环壁面温度140。（）速度场分析：活动烟罩处流速相对较低，在烟道末端流速逐渐增大。同等边界条件下，直角式烟气流速最大为31.6m/s，圆弧式烟气流速最大为35.2m/s，多边形式烟气流速最大为33.3m/s。受转角的作用，烟气在烟道转角处产生较大离心力，出现分层现象，而在内侧或拐角处出现回流，烟气流速相对较低，出现较强的漩涡和低温区，易结渣，烟气离心力大的区域锅炉管磨损最严重。烟气分布均匀性与烟道结构形

6、式有关。在实际运行中，余热锅炉三段、四段锅炉管漏水频率高，使用寿命最短。圆弧式烟道内部没有死角，烟气流场分布均匀，对烟道磨损小；直角式烟道有个90o死角，流场分布很不均匀，烟道末端安装基础面两侧流速较高，冲刷最严重；多边形式烟道弯管相比直角式弯管，结构平缓，流场分布比较均匀。通过对比，圆弧式、多边形式烟道弯管受烟气磨损较小，更有利于提高使用寿命2。（）温度场分析。随烟道的延伸，烟气温度逐渐降低，到烟道末端出口温度降至允许范围。直角式烟道出口烟气温度为892，圆弧式烟道出口烟气温度为945，多边形式烟道出口烟气温度为923经过对比可知，圆弧式烟道的温度场分布最均匀，出口温度相对较高，说明换热能力

7、最差；直角式烟道温度分布不均匀，烟道内壁面温度高，出口烟气温度相对较低，换热能力强；多边形烟道结构平缓，温度分布较均匀，低温区范围要大一些，出口温度相对较低，换热能力较强。3分析与讨论通过光谱成分分析和夹杂物分析，失效的疏水管为20g材质，与图纸标注材质相符，也未发现夹杂物超标等原始缺陷。爆口附近明显胀粗，且存在大面积纵向裂纹，为受热面长期过热失效的特征。通过对不同部位的金相组织分析。发生爆管的竖直管段整体上珠光体球化级别达4级或以上，包括上下弯头区域。而水平管段远离竖直管（距离约500mm）部位为珠光体轻度球化。可见，该疏水管垂直段存在明显胀粗和老化现象，爆口上方的水平段也存在胀粗和老化现象

8、，但是远离爆口区域材质损伤程度较轻。爆口边缘金相组织发生石墨化现象，石墨化会严重降低材质性能，导致材料处于脆性状态。根据dl/t715-2015火力发电厂金属材料选用导则附录a，其中提到“20g适用于壁温430的蒸汽管道和联箱”，“在470480下长期运行过程中，会发生珠光体球化和石墨化”，由此，可推断失效的竖直管段处于石墨化形成的温度区间，远高于该管的设计壁温范围。故该疏水管在与运行期间材质性能严重劣化，最终发生胀粗爆管。从材质的室温拉伸性能来看，抗拉强度已经略低于gb/t5310-2008高压锅炉用无缝钢管要求的下限值，说明疏水管材质已经老化，性能下降4。从结构上看，该部位位于受热面下方隔

9、仓内，但是隔仓与受热面烟气通道之间缺乏有效的密封，靠近侧墙部位可能存在高温烟气向隔仓内流动，导致该部位环境温度偏高。且该疏水管在机组运行期间，阀门处于关闭状态，管内介质不能流动换热，导致疏水管温度接近环境温度，从而偏离设计值，导致材质无法满足使用要求。结论及建议：泄露疏水管存在明显胀粗和老化现象，爆口附近碳化物分解产生石墨，表明该疏水管为长期超温爆管。按照dl/t715-2015火力发电厂金属材料选用导则中的论述，20g在470480高温下长期运行，会发生珠光体球化和石墨化，这表明该管实际运行壁温在470480温度区间附近，20g材质等级偏低，无法满足使用要求。后续对该电厂提出了以下建议：对发生爆管区域安装温度测点，掌握环境温度情况。提高该区域疏水管材质等级。对2号炉相同部位开展检查和更换工作。参考文献：1郑天艳.余热锅炉角焊缝裂纹原因分析及防范j.电力安全技术,2020,22(03):60-64.2张立新.末级过热器出口联箱疏水管焊