干熄焦锅炉异常 爆管的原因分析及处理措施

干熄焦锅炉异常爆管的原因分析及处理措施某厂5#、6#焦炉干熄焦装置设计生产能力140t/h2010年11月份投产后系统运行一直十分稳定。2012年6月年修期间对锅炉系统进行了内外部检查未发现异常现象。1、爆管经过2013年6月3日1:48中控人员发现预存室压力突然急速上升，由－50a升至500a(仪表量程上限)干熄炉顶监控画面中显示火焰从水封槽处喷出预存室压力调节阀无法控制预存室压力开至最大开度预存室压力仍无回落与此同时循环气体中氢含量开始急速上升5mn内由1．3%上升至10．0%(仪表量程上限)锅炉汽包压力液位开始急速下降。中控人员初步判断发生了锅炉爆管现象采取了停止排装焦打开一次除尘紧急放散阀，开启故障充氮阀降低循环风机转速等措施。同时现场巡检工发现常用放散管口处有蒸汽冒出锅炉出口补偿器法兰处及锅炉底部放水阀有大量水流出证明锅炉确实发生了爆管现象。此后发电站被迫停止运行干熄焦锅炉系统降温进行抢修。由于一次除尘紧急放散阀出现电气故障未能打开炉顶水封上水管损坏不能补水造成可燃气体燃烧形成的火焰长时间从水封处喷出将炉顶水封槽装入装置及电动缸推杆烧损。2、爆管的异常现象(1)锅炉汽包压力急速下降5mn内由3．86Ma降至0．8Ma。(2)锅炉汽包液位急速下降8mn内由0mm降至－190mm。(3)预存室压力持续正压显示值超出仪表500a量程上限。(4)故障发生时强制循环泵出现剧烈振动。3、爆管原因分析3.1爆管部位干熄焦锅炉系统停止运行并降温至50℃以下后运行人员对锅炉内部各换热组件进行了全面检查查明此次爆管主要发生在二次过热器和水冷壁(图1)其中二次过热器爆管发生在靠近锅炉入口侧的第一排管共有2根管发生爆管管1靠近水冷壁管2位于锅炉中部2根管上分别有2处3处破口水冷壁的爆管处位于二次过热器上方的右侧墙水冷壁管3正处于过热器管2的破口斜上方。3.2爆管宏观特征过热器管:管子裂口处管壁没有明显变薄破口为微外张口粗糙不平整呈钝状爆口周围管壁上有许多与破口平行的纵向裂纹。水冷壁管:管子破口为纵向裂口锋利似刀刃、呈外翻状裂口处管壁明显减薄最薄处仅1mm但破口周边管壁没有涨粗现象而呈现出被冲刷的迹象。选取爆破的管子两侧各5根水冷壁管用测厚仪测量壁厚结果见表1。另外割取破口上下一段约770mm的管子进行测量管子外径由距离破口远端至破口近端逐渐减薄其中最远端约56．4mm接近管子标称外径(57mm)最近端约52．8mm减薄4．2mm。对该管子破口下端的管壁进行测量破口相对侧(背火面)管壁为4．5mm与管子标称壁厚一致而破口侧仅为2mm。4、爆管原因分析4.1过热器管爆管的原因过热器管破口表现出的特征符合长期过热爆管的特征可以判断为长期过热爆管。事后在对切割下的管2检查中从管2内部发现了如图2所示的金属异物其位置正好处于管2的破口处。该异物呈近似圆伞状伞顶处有不规则孔洞。金属异物厚约0．6mm径向最大处约30mm最小处约28mm与二次过热器管的内径接近。根据形状、大小及在管中的位置判断此金属异物应是二次过热器进口集箱在钻孔时的遗留物。集箱的开孔采取钻孔形式当钻至接近全部钻透时可能操作人员提前收钻在集箱内壁上残留此带孔的圆锥薄片。而在随后的焊接和安装时也未能发现隐患。当锅炉运行后在高压蒸汽的作用下该金属薄片脱落并进入过热器管内在爆管处堵塞了过热器管造成此过热器管中的蒸汽流量急剧减少由于没有蒸汽流的冷却过热器管外壁温度超过其最高允许工作温度长期处于过热状态该过热器管最终出现了爆管。管1中没有发现类似的堵塞物应为其他原因造成的长期过热。4.2水冷壁管爆管原因对水冷壁管的爆口检查发现爆口上下向火面管壁有明显的冲刷痕迹爆口处管壁严重减薄最薄处仅1mm由破口至径向两侧的管壁减薄现象逐渐减轻至爆口相对一侧管壁厚度接近于原始尺寸。并且水冷壁爆管处与管1的爆口正对。通过测厚仪检查该水冷壁管邻近的水冷壁管没有出现管壁减薄的现象可以排除循环气体中焦粉对管壁的磨损造成管壁减薄。因此可以推断水冷壁管的变薄是由于已爆管的管1中喷出的高压蒸汽长期冲刷所致即管1的爆管发生于水冷壁管爆管之前。由于高压蒸汽长期冲刷水冷壁管壁厚不断减薄直至壁厚不能承受管内压力造成爆管。5爆管异常现象产生的原因水冷壁管爆管是造成此次干熄焦锅炉爆管各种异常现象的直接原因而与过热器管爆管无关。水冷壁管爆管造成汽包压力迅速降低由于大量汽水混合物进入锅炉炉膛的循环气体中破坏了循环气体的压力分布使预存室压力迅速升高并击穿炉顶水封。水蒸汽在经过红焦层时与红焦反应产生大量H2和CO在炉口处遇空气燃烧造成装入装置、炉顶水封电动缸推杆的烧损。并且由于汽包压力迅速降低使强制循环泵入口压力迅速降低而锅炉循环水的水温并没有降低从而在强制循环泵内出现了汽蚀现象引起泵体和管路的剧烈振动。如果仅过热器管1和2发生爆管从其裂口数量长度、宽度分析以及行业内其他厂家的运行经验来看是不可能引起上述现象发生的。6干熄焦锅炉爆管的预防措施根据上述某厂干熄焦锅炉异常爆管故障的经过现象和原因分析在干熄焦的生产运行中应从以下几方面预防锅炉爆管故障的发生和扩大。6.1防止异物对锅炉受热面管的堵塞在锅炉的制造安装检修过程中应防止异物进入过热器蒸发器等受热面管子以及相应的分配、汇合集箱中。过热器蒸发器管安装前必须100%进行通球试验同时对各集箱进行检查发现有铁器焊渣锈皮及开孔残留金属物等彻底清理。同时在对锅炉汽包减温器的检查及检修中也应防止异物进入其中。6.2加强运行控制防止过热器管过热过热器管过热除了前文所述的管路被异物堵塞造成蒸汽流量减少的原因外主蒸汽温度和干熄焦锅炉入口循环气体温度大幅超出控制上限也是可能的原因。无论过热器管采用何种材质均有其允许的最高工作温度。而过热器管的实际工作温度取决于管外循环气体与管内蒸汽连续换热的结果因而要保证过热器管管壁特别是与高温循环气体接触的外壁的温度必须严格控制锅炉入口循环气体温度、主蒸汽温度在设计范围内才能保证管子壁温不超过其最高允许工作温度。6.3深化对干熄焦锅炉爆管现象的认识文献12提出可以从8种现象判断干熄焦锅炉是否爆管包括循环气体中H2含量变化蒸汽流量与锅炉给水流量的变化放散气体中出现蒸汽循环风机和锅炉底部出现水迹二次除尘器排出湿灰、气体循环系统压力分布变化锅炉外壁变化等。其循环气体中H2含量突然急剧升高靠正常的导入空气燃烧的方法难以控制循环气体中H2的浓度被认为是判断干熄焦锅炉是否爆管的重要依据。从某厂干熄焦锅炉爆管故障发生前的运行情况来看对于过热器爆管如果爆管不严重文献12中提出的判据或是不会出现或是不明显而当H2含量突然急剧升高后用加大空导的方法仍可以将H2含量值控制在规定范围内只是空导阀的开度由20%～30%增加至50%～60%。因此在干熄焦的生产运行中应注意观察循环气体中H2含量与空导阀开度的对应关系在H2含量实际控制值变化不大的情况下如果空导阀的开度超过正常开度值的50%并且长期居高不下时就应对干熄焦全系统进行检查如果排除了水封漏水，热管换热器漏水就应启动爆管故障的应急机制并申请停炉进行检查以防止故障的进一步扩大。6.4确认锅炉爆管后应及时停炉检修一旦确认锅炉发生爆管应及时申请停炉检查。虽然停炉会造成发电量损失经济效益降低特别是对于钢铁联合企业中的焦化厂干熄焦停产可能会引起高炉运行的短期波动但从避免干熄焦锅炉爆管故障扩大化避免故障后被迫停炉带来的损失及降低故障抢修的成本保证钢铁联合企业的整体效益的角度出发主动停炉检修仍是必要的。6.5加强应急处置设施的维护严重的锅炉爆管故障发生后有两点非常关键。一是降低预存室压力通过打开一次除尘紧急放散阀开大预存室压力调节阀等措施避免可燃气体从水封处冲出另外水封补水系统(包括管路和加压泵)一定要保证功能具备;二是系统各点事故充氮阀应能及时打开向循环气体系统内充氮避免爆炸性气体混合物的形成。因此在日常生产中必须加强对上述应急处置设备的维护使之始终具备完善的功能在爆管故障发生时能够及时投入使用。7、干熄焦锅炉爆管的应急处理措施(1)爆管发生时要尽量控制循环气体中H2和CO在安全范围内通过停止装排焦降低锅炉汽包压力增加空气导入量系统充氮降低循环风机风量等方法控制可燃气体含量防止爆炸性混合物的生成。(2)为了减少进入红焦层的水蒸汽可以降低循环风机转速在爆管严重锅炉汽包压力液位不能维持正常值时可以停止循环风机的运行但前提是必须打开故障充氮阀向系统内大量充氮防止系统爆炸事故的发生。(3)发生严重爆管时为了维持预存室的正常压力可以利用炉顶放散阀常用放散管一次除尘紧急放散阀来对系统泄压降低预存室压力。用打开炉盖泄压的方法固然可以保护电动缸但存在的风险是可能会将装入装置下料斗水封