锅炉过热器爆管.doc

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肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈薂袁芁薇蚁羃肄蒃蚀肅艿荿虿螅肂莅蚈羇莈芁蚈肀膁蕿蚇蝿莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇螄肆膇薆螃螆羀蒂螂袈膅蒈螂肀羈莄螁螀芄芀螀袂肇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀袇螇芀芆袆衿肃薅袆羁艿薁袅膄肁蒇袄袃莇莃蒀羆膀艿葿肈莅薇葿螈膈蒃薈袀莃荿薇羂膆芅薆肅罿蚄薅袄芅薀薄羆肇蒆薄聿芃莂薃螈肆芈 学校代码： 10128学 号： 200821207082 本科毕业论文（题 目：锅炉过热器爆管原因的分析与研究学生姓名：liuling学 院：能源与动力工程学院系 别：动力系专 业：能源与环境系统工程班 级：08-3班指导教师：wangshengjie 副教授二 一二 年 六 月内蒙古工业大学本科毕业论文目录引言1第一章 火电厂锅炉过热器爆管事故的概况31.1 锅炉过热器的结构及其在电厂中的作用41.1.1 过热器的结构41.1.2 过热器的作用51.2 锅炉过热器爆管的现象51.3 锅炉过热器的失效特性5第二章 火电厂锅炉过热器爆管事故的主要类别62.1 高温蠕变72.1.1 高温蠕变部位72.1.2 爆口特征72.1.3 长时爆管的爆破过程102.1.4 高温蠕变的原因112.2 短时爆管112.2.1 爆管部位112.2.2 短时过热的爆口特征122.2.3 短时过热的原因122.2.4 短时过热的三种形态132.3 高温烟气腐蚀142.3.1 腐蚀发生的部位142.3.2 腐蚀原因142.4 对流受热面的磨损15第三章 火电厂锅炉过热器爆管的主导因素及对策163.1 设计因素163.1.1 锅炉及其燃烧方式与过热器爆管163.1.2 锅炉整体外型布置与过热器爆管173.2 安装维修因素183.2.1 过热器安装质量183.2.2 焊接质量193.2.3 错用钢材203.2.4 异物堵塞管子203.3 运行控制水平及停炉后的保养203.3.1 启动和停用203.3.2 锅炉燃烧煤种偏离223.4 锅内过程因素233.4.1 锅炉受热工质流行与过热器爆管233.4.2 锅炉受热面热管的热偏差233.4.3 传热恶化243.4.4 受热面的结垢与腐蚀253.5 炉内过程因素263.5.1 火焰中煤的矿物颗粒的热变化对热管的影响273.5.2 高温受热面的结渣、沾污与腐蚀273.5.3 对流受热面热管的磨损313.6 热管材料的质量323.6.1 热管材料缺陷323.6.2 长期高温下热管材料的组织结构变化323.6.3 热管的过热与过烧34第四章 火电厂过热器爆管的主要分析方法354.1 锅炉过热器爆管的分析程序354.1.1 锅炉过热器爆管的现场处理354.1.2 爆管部位的判断354.1.3 技术检验与鉴定364.1.4 爆管的综合分析374.2 锅炉热管的寿命预测法384.2.1 过热器管的状态诊断与寿命评估38第五章 锅炉过热器爆管的控制措施与处理方法395.1 调整好燃烧并合理控制蒸汽温度395.2 焊缝和母材的控制405.3 完善壁温测点的监控405.4 提高燃煤质量并严格控制燃烧高硫煤415.5 防止管内积盐415.6 加强检修工作41结 论42参考文献43谢 辞44内蒙古工业大学本科毕业论文摘 要火电厂锅炉过热器爆管事故是比较常见的锅炉事故，又是一个长期困扰电力生产的技术难题，是国内外研究的重点课题。研究锅炉过热器爆管的原因及对策对锅炉四管失效具有非常重要的意义。目前锅炉过热器爆管事故已成为当前威胁发电设备稳定运行的突出矛盾，而且随着机组服役时间的增加这类事故还有逐年上升的趋势成为影响安全生产的主要因素，严重影响了电厂的平稳生产，造成了极大的经济损失，本文主要介绍了锅炉过热器爆管的类别和引起锅炉过热器爆管的主导因素，并提出了保护过热器的各种措施。关键词：锅炉过热器；爆管；原因分析；防范措施 Abstract Thermal power plant boiler superheater tube rupture accident of the more common boiler, but also a long been plagued by technical problems of the electricity production is the key topics for study at home and abroad. The causes and countermeasures of the boiler superheater tube failure has four boilers of great significance. Boiler superheater tube rupture has become a prominent contradictions of the current threat to the stable operation of power generation equipment, and a serious impact on power plant with unit service time of such incidents there is an increasing trend as the main factors affecting the safe production, smooth production, resulting in great economic losses, this paper describes the category of boiler superheater tube and cause the dominant factor of the boiler superheater tube, and proposed various measures to protect the superheater. Keywords: boiler superheater; burst pipes; cause analysis; precautions内蒙古工业大学本科毕业论文内蒙古工业大学本科毕业论文引言锅炉热管失效是一个长期困扰电力生产的技术难题，国内外的研究单位都对此给予了高度重视，并相继给出了一些研究成果，并将其应用在生产实际中，起到了较好的作用。锅炉管子故障是造成美国电力公司火电机组强迫停机的头号原因，每年所损失的电源替代费用和维护修理费用总计超过50亿美元，损失的设备可用率达4% 。为了防止锅炉管子故障，美国电力公司在工程上和技术上都作了很大的努力。可是根据北美电力可靠性委员会发电可用率数据库系统的资料表明，过去二十年中总共记录了40533 次锅炉管子损坏事故。这些事故集中发生在省煤器、水冷壁、过热器和再热器、主蒸汽管等管子上，而80%的管子故障造成了机组的强迫停机。通过GADS汇总各电力公司的资料说明，全部管子故障中的40%发生在锅炉水冷壁管上，过热器管子故障约占30% ，再热器、省煤器和旋风燃烧器各约为15%、10%和5%。美国电力研究院曾把锅炉爆管机理分成六大类共22种，（见表1）。1 表1 锅炉过热器爆管机理应力断裂水侧腐蚀烟气腐蚀短期过热+、高温蠕变、异种钢焊接+苛性腐蚀X、氢损伤X +、孔蚀X +、应力腐蚀裂纹X低温腐蚀、水冷壁腐蚀、煤灰腐蚀、油灰腐蚀磨损疲劳质量缺陷飞灰磨损+、落渣磨损、吹灰磨损+、煤粒磨损+振动疲劳、热疲劳X +、腐蚀疲劳X +维修损伤+、化学偏离X、材料缺陷+、焊接缺陷注: +失效机理受维护行为的影响 X失效机理受循环化学剂的影响在我国，这方面的研究也有不少成果。哈尔滨工业大学等对过热器爆管进行了归纳分析，提出了9种失效机理，即长期过热、短期过热、磨损、汽侧的氧腐蚀、应力腐蚀裂纹、热疲劳、高温腐蚀、异种金属焊接和质量控制失误。浙江大学提出根据爆口特征判断爆管原因，并提出了类似的与美国电力研究院失效类型（见表2）。表2 锅炉过热器失效类型应力磨损水侧腐蚀火侧腐蚀冲蚀疲劳质量控制失误短期过热高温蠕变异种金属焊接应力拉断碱性腐蚀氢损伤点蚀应力腐蚀低温腐蚀高温腐蚀吹灰冲蚀飞灰冲蚀结渣冲蚀腐蚀疲劳煤粒冲蚀振动疲劳热疲劳化学材料损坏维修清洗磨损偏差损坏焊接损坏但截至目前，锅炉热管失效仍是电力工业发展中比较突出的技术难题，热管失效仍困扰着发电厂的安全生产和长周期运行。这一点至少说明了两个问题：一是锅炉热管失效的确有自身的复杂性和彻底治理的艰巨性；二是目前的技术发展和科学研究深度还不够，没有找到行之有效的治理措施。综观锅炉热管失效研究现状，尚存在以下问题。1（1）对锅炉热管失效缺乏系统研究。传统或者目前比较流行的说法是，把锅炉热管研究集中在“四管”或“三管”上，即水冷壁、过热器、省煤器、再热器，或者水冷壁、过热器、省煤器，而把锅炉导汽管、联箱、主蒸汽管排除在外。虽然后者出现事故的频率没有前者高，但并不等于后者不出事故，事实证明这些事故发生后的损失更为严重。重要的是这种割裂使这类事故的研究分析缺乏系统性，导致了设计、安装、维护及运行控制上的偏疏，同时使对其技术研究分析上的缺漏既造成了事故突发性事实，又使得对锅炉热管的系统研究深度和广度不足，对全面治理热管失效不利。（2）对锅炉失效本质因素认识不足。各类研究文章立足于具体实例分析居多，综述研究也有，但深度不够，基本上是基于实例的解剖，本质得不到提高，难以上升到预防或治理热管失效的指导理论，使治理与预防渗透到热管设计、制造、安装、维护、运行的每个环节。所以，实践中往往发生同一锅炉、同一热管、同一部位的失效轮回发生，轮回修复，再发生，再修复的恶性循环。（3）热管失效的机理及规律揭示不够。在锅炉热管机理研究方面，目前国内和国际研究结果没有太大的区别，没有创新的突破，研究方式也比较一致，基本上都是从实例中概括出来的。这类分析研究有两个不足之处：一是没有完全顺应锅炉热力规律机理，没有系统研究不同区域热管失效方式及本质，难以区别不同热管的失效机理。二是这些研究的概括性、专业性强，没有充分地应用到涉及与锅炉热管有关的各种作业环节中去，真正起到指导生产实践的作用。正是这种不系统的研究和与生产实践在一定程度上的脱节，致使失效不断发生，失效也不断被制造出来。1这些问题的存在，使锅炉热管失效研究始终停留在一个研究与应用比较脱节的层面，往往一台锅炉热管出了问题，才引起生产单位、科研机构、制造厂家的重视。在生产实践中，总会因为各种因素，就事论事地处理完毕事故，生产得以恢复就算完结，事故发生的原理得不到深究，事故处理的方案不完善，事故从根本上得不到控制，事故损失并不降低，事故处理后的结果缺乏科学的检验，总之与锅炉热管失效的一切信息得不到充分、科学的总结、交流、深化和提高。实际上这种过程在不同的发电厂，不同的时期，不停地发生着。第一章 火电厂锅炉过热器爆管事故的概况1.1 锅炉过热器的结构及其在电厂中的作用1.1.1 过热器的结构 过热器的型式较多，按不同的分类方式，其型式不同。按照传热方式，过热器可分为对流、辐射及半辐射（也称为屛式受热面）三种形式。在大型电站锅炉中通常采用上述三种型式的串级布置系统。现代大型电站锅炉均采用复杂的辐射对流多级布置的过热器系统，过热器管则根据管内工质温度和热负荷大小分别采用不同的材质和壁厚。对流式过热器由一系列蛇形钢管和两个或更多的集箱构成。蛇形管由无缝钢管弯制而成，其外直径一般为32-42mm。过热器管束常作顺列布置（如图1-1 a所示），管子横向节距与管子之比s/d为2-3，其纵向节距与管子外径之比为1.6-2.5 。对流式过热器布置在水平烟道或尾部竖井中，主要吸收烟气的对流放热量。对流式过热器形式较多：2 按管子的排列方式分类，对流式过热器可分为顺列和错列两种形式，如图1-1所示。顺列布置传热系数小于错列布置，错列布置比顺列布置管壁磨损严重。（a）顺列 （b）错列图1-1 管子的排列方式 按蒸汽和烟气的相对流动方向，过热器可分为顺流、逆流、双逆流和混流布置四种，如图1-2所示。顺流式管壁温度最低，但传热温差小，相同传热量时所需受热面最多，故多应用于高温级受热面的高温段；逆流式则相反，管壁温度最高，传热温差最大，相同传热量时所需受热面最少，故多用于低温级受热面；双逆流和混流式的壁温和受热面大小居于前两者之间，多用于高温级受热面。2（a）顺流式 （b）逆流式 （c）双逆流式 （d）混流式图1-2 根据烟气与蒸汽的相对流动方向划分过热器型式1.1.2 过热器的作用 过热器的作用是将蒸汽从饱和温度加热到额定的过热温度。在锅炉负荷或其他工况变动时，应保证过热温度的波动处在允许范围之内。过热蒸汽的焓值比饱和蒸汽的焓值高很多，采用过热蒸汽在汽轮机内作功可提高汽轮机效率，并可减少蒸汽输送管道的凝结水损失。在现代电站锅炉中，蒸汽过热器是锅炉的一个必备的重要部件，在很大程度上影响着锅炉的经济性和运行安全性。在电站锅炉中，提高过热蒸汽的参数是提高火力发电站热经济性的重要途径。过热蒸汽参数的提高受到金属材料的限制。过热器的设计必须确保受热面管子的外壁温度低于钢材的抗氧化允许温度，并保证其机械强度。随着锅炉用金属材料的发展，我国电站锅炉已普遍地采用了高压高温（9.8 Mpa ，540）和超高压参数（13.7 Mpa、540-550）。国外已有不少锅炉采用超临界压力（24.5 Mpa ，540-570）参数，也有个别机组采用更高的压力和温度参数。21.2 锅炉过热器爆管的现象 锅炉过热器发生爆管时，过热器附近有蒸汽喷出的响声或爆破声；蒸汽流量不正常地下降，且流量不正常地小于给水量；炉膛负压减小或变成正压，严重时从炉门看火孔等处向外喷气或冒烟；过热器后的烟气温度不正常地降低或过热器前后烟气温差增大；严重损坏时，锅炉蒸汽压力下降；排烟温度显著下降，烟囱排出灰白色或白色烟气；引风机负荷加大，电流增大。51.3 锅炉过热器的失效特性从锅炉发展的二百多年历史来看，锅炉由初期简单的圆筒设备发展为火管或烟管锅炉，卧式和立式的水管锅炉，直到现在的水冷壁锅炉，其本身的事故及失效始终在三大发电设备中占了主导地位，锅炉的热管爆管失效事故又在其本身事故失效中占了绝对优势。锅炉热管的爆管失效，具有如下特性。1（1）普遍性。自从有了锅炉，这类失效便不断发生。最初的锅炉圆筒鼓包变形，火管、烟管、水管爆破，到目前的水冷壁管、过热器管、省煤器管、再热器管、导汽管、主蒸汽管的爆管失效，发生在各种容量、各种类型的锅炉上，大到600MW，小到几兆瓦的发电机组，都无例外，几乎没有一个发电厂不发生锅炉热管事故的。（2）危害性。锅炉热管失效事故带来的危害有些是灾难性的，这类事故一旦发生，无一例外都要导致停炉事故。在大型高压锅炉上，一根过热器爆管，可能导致数十、上百根其他完好管子的损坏，停炉检修限电停产的直接经济损失可达上千万，甚至数千万元，还可能造成严重的人身伤害事故。有些热管事故是现场的操作或维护人员防不胜防的，有的事故一次造成多达数十人伤亡，有时候甚至事故连续发生，导致严重后果。（3）复杂性。导致锅炉热管失效的因素错综复杂，主要有设计因素，包括设计选用系数不合理、结构设计和布置不合理、计算中没有充分考虑热偏差、炉膛结构不合理。其次有制造、安装和维修因素，例如钢材质量差，管子本身存在分层、夹渣等缺陷，运行时受温度和应力影响缺陷扩大而爆管。再次有运行状况因素，蒸汽品质不良，引起管内结垢严重，导致管壁过热爆管。第二章 火电厂锅炉过热器爆管事故的主要类别2.1 高温蠕变2.1.1 高温蠕变部位金属材料在温度和应力的长期作用下所发生的缓慢塑性变形称为蠕变，当碳钢件的工作温度在300-350，合金钢件的工作温度超过350-400时，在应力作用下就会出现蠕变。构件在正常的设计温度下蠕变速度极慢；超过设计温度运行，蠕变速度加剧。锅炉过热器和再热器管发生金属高温蠕变也能造成管子故障，当它们处于产生蠕变状态的温度下一定时间（时间长短与实际的温度和应力水平高低有关），就会造成金属变质和永久性变形。虽然蒸汽加热回路任何部位的钢管都是按照ASME锅炉和压力容器规程来选定的，100000h工作时间后允许有1%蠕变。钢管有规定的有限使用寿命，但如果它承受的温度和应力水平高于设计选定的温度和应力，则钢管将遭到比设计预计更高的蠕变速度，而在早于规定的使用寿命期发生损坏。大量的工程实践表明，高温蠕变是锅炉过热器失效的主要方式之一。过热管蠕变故障的部位（如图2-1所示）。图中处曾经被碎渣、积垢或沉积物局部地堵阻；处暴露在辐射热中；处在开始换用更高等级钢材前；处刚好在最后出口联箱前；处暴露在因烟道堵阻引起的高温烟道中；处由于焊有支架而造成较高应力。1 (a)垂直管路；(b)水平管路图2-1 锅炉过热器管可能产生高温蠕变的部位2.1.2 爆口特征过热器和再热器根据其金属温度不同，选择与之相适应的材料。常用的低碳、低合金珠光体耐热钢有20G(20)、12CrMo、15CrMo、12CrMoV、10CrSiMoV、10CrMo910、12Cr2MoWVB、12Cr3MoVSiTiB、20CrMoV121、10Cr5MoWVTiB、1Cr9Mo1、1Cr9Mo2、10Cr9Mo1VNb和1Mn17CrMoVNbBZr等。这些材料制造的过热器管，其管子金属在长期过热，但超温幅度不大的情况下，在应力作用下发生蠕变，从而管径变粗，直到破裂。因此，爆破管段及其爆口的形貌特征蕴含着丰富故障信息。图2-2至2-13是不同材料，不同使用温度，不同容量锅炉的过热器和再热器爆管破口形貌。1图2-2 20号钢长期过热爆破 图2-3 20号钢 图2-4 12CrMo 图2-5 20号钢 图2-6 15CrMo 图2-7 12Cr1MoV虽然所收集到的爆管实例有限，但从中可以看出，没有任何一次的形貌特征是完全一样的。图2-11是已经运行了6万多小时的12CrMo钢过热器爆管形貌图，可以看出，破口较大呈鱼嘴状，最大周向张口距离为45mm ，爆口轴向长度为92mm ，爆口两尖端有爆开时的轴向撕裂裂纹，最长的一端可见裂纹长度为90mm 。管子及爆口内外表面呈青灰色，内外表面氧化膜较薄，无严重氧化膜剥落现象。爆口附近有众多的平行于爆口的未穿透裂纹，爆破口唇部明显减薄，尤其是爆口。研究其他类型爆破口特征，与其类似的有图2-2、图2-6图2-10和图2-12图2-13。图2-3、图2-5、图2-7、图2-12则又是另外一种爆管类型和图，其明显的特征是其爆口呈裂纹，管径没有明显的胀粗和减簿，其余特征与前者相似。1图2-8 12Cr1MoV 图2-9 12CrMo 图2-10 12Cr3MoVSiTiB 图2-11 分隔屏过热器爆管爆口（12CrMo） 图2-12 12Cr1MoV 图2-13 一级过热器顶部管爆管宏观形貌 （12CrMo） 高温蠕变通常在管子加热侧造成长裂口，裂口程度可能有不同，并可能呈现不同外形但基本呈三种类型。小裂口呈现一个疱状的开口，而大裂口呈现一个宽阔的鱼嘴状开口。裂口边为厚边形状，并呈现连成链形的许多空穴和由黑色氧化物充填的裂缝。靠近主裂口上还有许多二次裂纹，是判断金属蠕变的一个征兆；但在脆性的氧化铁垢上未出现纵向纹，并不意味没有发生蠕变胀粗。由于经受高温引起的中期过热损坏，在损坏处呈现一定程度的变形和壁厚减薄。管子在其长度的大部分经受过热损坏的一个重要、典型特征是鱼嘴状开口处露出厚边的长裂口，这是非常长的长时过热损坏的一个征兆。12.1.3 长时爆管的爆破过程 过热器管子在高温下运行时所受的应力主要是由过热蒸汽（或饱和蒸汽）内压力所造成的对管子的切向应力，在这种应力的作用下，使管径发生胀粗。在蠕变过程中伴随有滑移和晶界滑动等形变，这些变形方式虽然在常温下也可能产生，但在高温蠕变下，即高温度、低应力、长时间的作用，造成低变形速度的情况下，其表现形式有所不同。特别是晶界的变形在常温时很不显著，甚至可以忽略。但在高温时，晶界变形是很显著的，甚至能占总蠕变变形时的一半，同时晶界的变形对于蠕变断裂具有特别重要的影响。16金属蠕变断裂可详细划分为以下五个阶段（见图2-14）(a)形核 (b)分散长大 (c)横向裂纹形成 (d)曲折裂缝形成(e)曲折裂缝连接图2-14蠕变对晶界断裂扩展过程模型示意图（1）在蠕变初期，由于晶界滑动，在三晶粒汇合点及晶界突缘处生成晶界空洞核心，它优先处于横向晶界上。（2）已生成的空洞核心当达到一定尺寸后，受应力和空洞流的同时作用而长大成可见的“楔型”裂缝或“洞型”裂缝，它们优先沿横向晶界长大。（3）这些孤立分散的空洞优先沿横向晶界相互连接，而形成终止在两个相邻的三晶粒汇合点的“横向裂缝段”，这时裂缝发展由于三晶粒汇合点的阻碍而暂缓，横向裂缝不断增多。（4）相邻的“横向裂缝段”通过向倾斜晶界的扩展，或者与其上的空洞相联合而互相连接成 “曲折裂缝”；裂缝尺寸迅速地扩大，相应地裂缝总体积和蠕变速度迅速增加，蠕变进入到第三发展阶段。（5）“曲折裂缝”进一步互相连接起来，当发展成能“瞬时”发展的临界裂缝尺寸时，即发生断裂失效。随着超温运行时间的增加，管径就越胀越大，慢慢地在各处产生晶间裂纹。晶间裂纹的继续积聚并扩大成为宏观轴向裂纹，最后以比在正常温度、正常压力下小得多的运行时间而开裂爆管。从长时爆管破口的金相图片中可以看到明显的蠕变晶间裂纹，裂纹沿晶界发展，所以都是弯弯曲曲的。正因为长时过热爆管的破口是由这些弯弯曲曲的晶间裂纹发展而成的，因而破口断裂面呈现出粗糙而不平整、边缘是钝边的宏观形貌。162.1.4 高温蠕变的原因锅炉管的高温蠕变是由于冷却工质循环不够充分，烟温过高或材料性能不适应实际工况等原因逐渐形成的。这些不正常条件是由下列状况所造成的：18（1）因内部结垢、杂质而限制管内的冷却工质流量；（2）因管子汽侧表面的氧化垢或其他化学沉积物而降低传热能力；（3）燃烧器周期性过量或不稳定燃烧；（4）锅炉烟道堵阻；（5）管子材料在高于允许温度下工作；（6）因管壁减薄而增大了应力。2.2 短时爆管2.2.1 爆管部位过热器和再热器发生短时爆管的情况比蠕变爆管要少，但当锅炉运行极不正常或过热器、再热器被杂物、垢渣或因清除不彻底而遗留的凝聚水所堵塞时，也会发生短时过热的爆管。由于短时过热的超温温度需较高才能在较短时间内发生爆管，因此短时过热爆管的发生部位是锅炉内过热器和再热器直接受辐射热的那一部分受热面管，见图2-15。1图2-15 过热器发生短时爆管的部位图中汽冷管可能发生短时过热的部位是：（1） 被杂物、垢渣或清除不彻底遗留的凝聚水所堵塞的部位，及接受辐射热的部位。（2）由于锅炉燃烧器燃烧不正常形成强热传导的部分。（3） 由循环不良或上游管泄漏造成汽水流量不足的部分。 如果堵塞的管子主要由奥氏体钢制成，则损坏一般发生在铁体部分的出口管。2.2.2 短时过热的爆口特征过热器短时爆管的特征与其导致爆破的原因是相关的，同时也受材质、结构及其相关参数的影响，所以其破口特征并非传统的描述为唯一的喇叭形。（如图2-16所示），这是较典型的爆破特征，因其材质是奥氏体，当管子金属温度超过正常工作温度以上几百度，但尚低于其上限临界温度AC3时，产生明显的鼓包和管壁明显变薄的破裂口，大部分管子在温度到达正常工作温度以上