循环流化床锅炉面式减温器泄漏的原因及预防措施[1].doc

循环流化床锅炉面式减温器泄漏的原因及预防措施

摘要：循环流化床锅炉技术是目前迅速发展起来的一项高效、清洁燃烧技术，面式减温器在循环流化床锅炉中大量采用，它的重要性好比肾脏之于人体。减温器故障是锅炉中比较少见的故障，它的正常运行与否直接影响到锅炉的安全经济运行，关系到电站锅炉的正常生产与发电。本文结合循环流化床锅炉的运行特点，根据减温器的运行原理分析其故障的主要原因，并对如何预防减温器故障进行探讨。

关键词 蒸汽温度 氧腐蚀 蠕变 热应力 热偏差

1. 前言
松藻煤电公司发电厂UG-75/3.82循环流化床锅炉于2006年5月开始运行,2010年4月6日启动时在不进减温水（减温水流量为0T）的情况下出现了过热蒸汽温度过低，最高才达到397，低于正常规定值450℃，远远不能满足汽机运行需要。根据此现象当时即刻判定为减温器泄漏。
表面式减温器是用锅炉给水经过其内部的蛇形管来调节主蒸汽温度高低的重要设备，一般不容易泄漏或损坏，若检修工作量相当大，而且检修工期长。冷却水在管内流动，蒸汽在管子之间流动，并冲刷管子外壁放出热量，从而得到冷却。减温器用调节冷却水量的方法来改变冷却水的吸热量，达到调节蒸汽温度的目的。据表面式减温器的结构形式，可分为U形管(或盘香管)式和套管式两种，我厂属于U形管(或盘香管)式。如图：
1、2—进出口联箱 ；3—法兰连接；4—U形管传热面；5—外壳
由于焊接质量不好或结构不合理,局部交变热应力均有可能造成内部管子泄漏,采用软化水作减温水时,因为软化水的含盐量比蒸汽大得多,内部管子泄漏时,会使蒸汽的含盐量明显增加而易于发现。采用除盐水作减温水时,因除盐水的含盐量很小,内部管子泄漏时,蒸汽的含盐量没有明显的变化（这也是我厂在测试蒸汽品质时无法判断出减温器为泄漏），但是内部管子泄漏时,减温水喷出后因蒸汽加热而迅速汽化,因为减温水的汽化潜热很大,会使蒸汽温度大幅度下降，为了维持蒸汽温度在规定范围内,势必要大幅度减少减温水量。因此,在工况大体相同时,发现减温水量大幅度减少,减温器内部管子泄漏的可能性很大，这一现象就作为判断表面式减温器内部管子是否泄漏的主要方法.
2.表面式减温器设备损坏现象
2.1在拆开锅炉减温器时发现减温器金属表面形成有许多小鼓包，鼓包表面的颜色，由黄褐色到硅红色不等，次层是黑色。当将这些腐蚀产物清除后，便出现腐蚀造成的陷坑。陷坑就成为一个腐蚀点，陷坑腐蚀点由管壁内成大孔，逐向外慢慢的缩小，形成穿孔，腐蚀穿孔点呈正方三角形，管内壁腐蚀面积大而外表面积小，每一个腐蚀点呈一个正立三角形。
2.2在拆开锅炉减温器时发现减温器蛇形管变形，胀粗和爆管。如图
2.3在拆开锅炉减温器时发现减温器蛇形管部分开裂，裂口清晰，裂口边缘锋利如图：

3.表面式减温器泄漏原因的分析
3.1给水氧腐蚀。蛇形管受腐蚀和穿孔的性质——给水氧腐蚀。
从表面式减温器蛇形管的腐蚀和穿孔点周围的黄色或褐色锈皮看来是氧腐蚀造成的穿孔。如果是纯热应力破坏的管道不会是坑和穿孔或呈三角形的穿蚀，应该是裂纹而且裂纹周围没有散松黄色或褐色的锈皮。这说明这种穿孔不是热应力造成的，而是氧腐蚀造成的。
（1）氧腐蚀的特征：
氧腐蚀的形态一般表现为：溃疡和小孔型的局部腐蚀，其腐蚀的产物表现为黄褐、黑色、砖红色不等。对金属的强度破坏非常严重。
铁受到溶解氧腐蚀后产生Fe2+，它在水中进行下列反应：
Fe2++2 OH－ → Fe (OH )2
Fe (OH ) 2+2H2O+O2 → 4Fe (OH )3
Fe (OH ) 2+2Fe (OH)3 → Fe3O4+4H2O
在上述反应中， Fe (OH ) 2是不稳定的，使反应继续往下进行，最终产物主要是 Fe (OH ) 3和Fe3O4
锅炉给水中溶解氧分别以化学腐蚀、电化学腐蚀、氧差腐蚀等形式对锅炉本体、给水管网及其部位造成不同的腐蚀，特别是在疏松的污垢下、水渣沉积处、缝隙处及应力不平稳处容易发生腐蚀，造成溃疡穿孔等，对金属强度损坏十分严重，因此对于我厂这种采用给水作为冷却水的减温器就不可避免的被氧腐蚀。从表面式减温器蛇形管的腐蚀和穿孔点周围的黄色或褐色锈皮来看是氧腐蚀造成的穿孔。如果是纯热应力破坏的管道不会是坑和穿孔或呈三角形的穿蚀，应该是裂纹而且裂纹周围没有散松黄色或褐色的锈皮。这说明这种穿孔不是热应力造成的，而是氧腐蚀造成的。
（2）氧腐蚀的部件
氧腐蚀部件其主要部位，首先是给水系统和省煤器，我厂这种表面式减温器可以说既是给水系统冷却设备也是受热设备，在锅炉热态运行时一般不会产生氧腐蚀。腐蚀的产生大多发生在锅炉停运期间减温器内部存有除氧不合格的余量给水，没有彻底除氧的水流经减温器进水母管而分流到蛇形管，经管外蒸汽加温至102℃～104℃期间氧分子逸出与管壁接触进行腐蚀，随时间的推移腐蚀慢慢由内壁大面积腐蚀逐渐向外缩小至管壁穿孔这时未除氧的水通过腐蚀孔向外流射出去对着母管的部位，又会产生腐蚀。在系统停运期间由于防护不当，更是如此，不断造成设备及系统的破坏，其破坏程度越来越大，在金属表面形成许多小鼓包，鼓包表面的颜色由黄褐色到硅红色不等，次层是黑色。当将这些腐蚀产物清除后，便会出现腐蚀造成的陷坑，腐蚀形状呈正三角形，内壁大而外壁小呈尖形，因内壁含氧量多，腐蚀面积大而后含氧量逐渐减少，所以后面腐蚀面积小直至到穿孔。
（3)氧腐蚀原因
经过除氧器后的给水中的超标氧分子是从何而来?问题出现在两个方面：
①除氧器本身存在缺陷不能很好与蒸汽均匀加热。不能很好地对除氧器中的给水进行加热，并使其长期稳定地维持在102℃～104℃，以使氧气能自动从水中逸出，而实际运行的水温只有90℃～95℃无法将给水中的氧除掉，含氧量长期维持在100µg/L以上，大大超过正常的规定标准。
②人为因素造成给水含氧量超标。生产用汽量、给水量是根据生产所需要蒸汽量的多少，每时每刻都在不断的变化，而我厂锅炉由于种种原因使负荷长期处于不稳定状态下，从而使我们的除氧很多情况下是用人为的调节除氧器所需蒸汽量，在除氧器给水量增大时蒸汽量也需及时的增大，如果没及时调节蒸汽量，这样就造成了给水含氧量超标。
由于以上两个主要原因造成了除氧器给水温度达不到102℃～104℃ ，水中的氧就无法除掉，就造成了给水含氧量超标。除氧器正常工作时,给水中的含氧量很低, 对于我厂这种中压锅炉应控制在µg/L,氧腐蚀才轻微。当除氧器工作不正常时,给水含氧量将会明显增加,对管内壁产生氧腐蚀,这样也就能造成了表面式减温器腐蚀穿孔事故，迫使停炉、停机，影响了经济效益。
3.2蠕变
由于减温器的向火侧(向蒸汽侧)的热负荷比背火侧(蒸汽侧)大, 根据之前图片可知锅炉减温器蛇形管内部氧腐蚀严重，向火侧管内由于氧腐蚀后结的垢比背火侧多,导致减温器管向火侧的壁温比背火侧壁温高,蠕胀速度比背火侧快, 所以减温器管的胀粗是不均匀的,即减温器管的向火侧的壁厚小于背火侧壁厚。根据图片就可以判断为锅炉减温器蛇形管局部发生高温超温导致管子产生严重的蠕变（如果减温器管局部得不到良好的冷却，壁温显著升高，超过400℃而产生蠕胀）。
3.3烟气温差和蒸汽温差导致的热应力。
（上图中这种裂口应系热应力造成所致）。
(1)原因。
①我厂该锅炉对流烟道存在较大的烟气走廊。如图：
在形成烟气走廊侧的烟气温度较另一侧温度高，就使其对应侧的过热蒸汽温度也高与正常值，在热传导的作用下，从而就使减温器管两侧温差增大，其温度偏差幅度与对流烟道的烟气温度偏差幅度一致，形成极大的热应力。特别是在点火过程中，如果排气量不足，减温器管得不到良好的冷却，管壁温度就高，时间一长在热应力的作用下使减温器蛇形管子开裂。②进入减温器的低温过热蒸汽存在严重的温度偏差。进入减稳器的低温过热蒸汽存在明显偏差，右侧406℃，左侧347℃。相差近60℃，严重超过允许的20℃范围。如图：

过热器管并列在汽包与联箱或两个联箱之间，由于过热器进出口联箱的连接方式不同，各根过热器管的长度不等，形状不完全相同，更重要的是汽包内部旋风分离器对汽水混合物的分离效率差别很大，或者蒸汽带水，都会引起每根过热器管的流量不均匀。在过热器的传热过程中，主要热阻在烟气侧，约占全部热阻的60%，而蒸汽侧的热阻很小，仅占全部热阻的3%。由于过热器的传热温差较大，可达350-650℃，各根过热器管温度的差别对传热温差的影响很小，因此可以认为流量较小的过热器管的吸热量并不减少，这些过热器管内的蒸汽温度必然要上升。蒸汽流量小的过热器管，因蒸汽流速降低，蒸汽侧的放热系数下降，过热器管与蒸汽的温差增大。在过热器管内清洁的情况下，过热器管的壁温决定于蒸汽温度和蒸汽与过热器管的温差，因此蒸汽流量偏小最容易使进入减温器的蒸汽温度超温。--------即进入减温器的蒸汽温度存在严重的温度偏差。进入减稳器的低温过热蒸汽存在明显偏差，右侧406℃，左侧347℃。相差近60℃，严重超过允许的10℃范围。其温度偏差幅度与对流烟道的烟气温度偏差幅度一致。
③运行过程中对减温水的操作调整不当。过热蒸汽无论是否需要减温，都要先经过减温器再到出口集箱，为了使减温器得到足够的冷却，运行中需要始终保持一定的冷却水流量，而这一流量应以冷却水不出现汽化为原则。在实际运行特别是在点火和压火启动过程中，司炉工通常在不需要减温时，把冷却水全部关死，当需要减温时再打开冷却水，造成冷却水管疲劳破裂、振动。这是因为在不需要减温时，减温器的冷却水管壁温和过热蒸汽相近，一旦需要减温打开冷却水时，减温器管受到冷却水的突然冷却，会产生较大的内外壁温差，此温差会导致较大的温差应力，受此应力的往复循环作用，减温器管就会发生疲劳破坏。且管内壁面受的是拉伸应力，外壁面受的是压缩应力，裂纹是由内向外扩展的，不裂穿很难发现。对于额定工作压力为3.8MPa的中压锅炉，减温器由于上述原因会产生200℃左右的内外壁温差，热应力高达480MPa，已远远超过低碳钢的屈服限，在此应力作用下，材料会发生低周疲劳破坏，所以在运行过程中，减温器一定要保持最低冷却水流量，以防止冷却水管热疲劳或因冷却水汽化而振动。
4.预防措施
4.1采取措施对给水氧含量进行有效的控制。
保证除氧器正常工作,给水中的含氧量就很低,含氧量应控制在µg/L，这样氧腐蚀较轻微。
4.2锅炉热力计算应考虑减温器最小冷却水量对出口蒸汽温度的影响
在进行锅炉热力计算时，要考虑最小冷却水量的减温作用和减温温器最小冷却水量对出口蒸汽温度的影响，以使锅炉在正常工况下，减温器保持最小冷却水流量，也能保证过热蒸汽出口温度能符合要求。
4.3冷却水流量
过热蒸汽无论是否需要减温，在运行过程中，减温器一定要保持最低冷却水流量，而这一流量应以冷却水不出现汽化为原则，以防止冷却水管热疲劳或因冷却水汽化而振动。
4.4采取措施避免锅炉对流烟道形成烟气走廊。
4.5定期检查汽包内部旋风分离器，看其内部是否损坏或堵塞。
尽量使各个分离器的分离效率一致，使其进入减温器的蒸汽温度能大致相等，温差控制在合格范围内，严格避免蒸汽带水。
4.6减温器的减温量应考虑1.15～1.5倍的裕度。
4.7必须定期对减温器进行检查（建议每年一次）。
定期检查和处理疲劳裂纹与磨损，对减温器壳体的水压试验，则可和锅炉本体同时进行。对于检查发现的热疲劳裂纹，无论是减温器壳体还是冷却水管，均应挖补或更换，不可补焊。
5.结论
减温器是锅炉的一个重要设备，在生产过程一般不容易发生故障。如果在生产过程中减温器发生泄漏，定会对锅炉蒸汽品质产生极大的影响，从而影响汽机的正常运行，导致停产，甚至危害汽机设备的安全。但只要能从给水氧含量，热偏差，热应力等方面采取科学有效的方法进行控制，一定会减少或避免减温器泄漏等故障。
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