中化泉州石化有限公司 福建省泉州市 362103
摘要：随着经济和各行各业的快发展，循环流化床是近年来国际上发展起来的一种改进型洁净煤燃烧技术，因其燃烧效率高、燃料适应性广、负荷调节范围大等优点，在工业利用上有着广阔的发展空间。然而循环流化床锅炉的耐磨损性问题严重限制了其持续发展。
关键词：循环流化床锅炉；磨损；腐蚀；爆管
引言
对某厂循环流化床锅炉燃用准东煤频繁发生爆管进行了研究，分析指出设计、制造安装缺陷。燃料煤粒度大且不均匀以及煤中碱金属含量高是造成锅炉磨损和腐蚀进而引起爆管的主要原因；通过调整锅炉用煤、改善运行情况、加强设备维护、改造床层形式和炉内防磨设计等措施消除缺陷，有效减少了锅炉爆管的频次。
1爆管原因分析
1.1炉型选择不理想
针对准东煤碱金属含量高、灰熔点低、易结焦沾污的特点，某厂设计选用了引进吸收德国巴高克的中温分离炉型，将主要受热面集中布置在炉膛内，利用燃烧过程中存在的大量固体循环物料不断冲刷受热面，以提高热效率，降低床温，避免床层结焦和水冷壁发生沾污。运行情况表明该炉型起到了上述作用。但此设计带来的负面效应却超出预期，集中表现为炉内蒸发屏、过热器等受热面在物料冲刷下频繁出现爆管。
1.2配套设施缺陷
该厂炉膛吹灰器吹灰管受热变形，被迫停用。长期不吹灰，细颗粒灰在受热面管壁上沉积、堵塞，形成烟气走廊，加剧其他部分的磨损，沉积引起灰下腐蚀；ＳＮＣＲ喷枪枪头雾化效果不好，喷氨量大，容易产生硫酸氢氨，在炉内的管壁上结块、造成腐蚀；返料器密封不良，锅炉启动前期容易短路。
1.3尺寸测量
在样管爆口处和远离爆口处取环状试样，利用体式显微镜测量试样壁厚和外径，经测量样管远离爆口处管子壁厚和外径的平均值分别为9．5mm和51．3mm，符合样管规格的规定。爆口处管子壁厚和外径的平均值分别为7．9mm和54．1mm，由测量结果可知爆口处发生了胀粗变形，壁厚减薄率和外径胀粗率分别为16．8%和5．5%。
2预防及改进措施
2.1加强运行巡检
运行人员在巡检时应仔细进行巡检，及时发现现场存在的问题，在低温过热器爆管后及时监控进出烟温，进出蒸汽温度及汽水流量差，防止事故的扩大化。
2.2金相检测
样管上取样进行金相检测，观察试样的金相组织形貌发现，样管爆口处存在大量的蠕变裂纹。样管的晶粒度为9级，符合材料所属标准ASMESA－213对S30432的规定。样管的金相组织重度老化，在晶内和晶界上均可观察到第二相析出物，第二相析出物明显粗化，且有些呈链状分布。
2.3宏观检验
失效水冷壁管为复合管，内层材料为SA210A1，外层材料为TP304L。切开试件内表面观察爆管处内部向火面形成一处面积较大的腐蚀层，已烧结成硬块，呈多层结构，内层材料的壁厚严重减薄。稍远离爆管位置的水冷壁管向火面也存在少量的腐蚀产物附着管内壁上。而水冷壁管背火面内壁光滑，没有发现腐蚀现象。
2.4整改建议
中间燃烧器部位采用内螺纹管代替光管水冷壁混合，使水冷壁内的汽液流型由泡状流型变为液雾状流型，克服流体介质的扰动而产生的脉动汽泡，避免进入水冷壁的汽水混合物中带汽泡。调配风量与燃料量的比例，使燃料整体燃烧分布均匀，约请专业的燃烧器厂家对调节燃烧器的燃烧角度进行调节，避免出现火焰偏烧现象，使受热面管子均匀受热。应尽力避免锅炉长期处于低负荷运行状态，使蒸发量应接近锅炉的设计值，并保证运行时温度稳定，减少或避免出现温度波动过大现象。建议加装与锅炉相匹配的储气缓冲装置，以保证锅炉用燃料的稳定性供应避免燃气供应不连续而造成的锅炉负荷快速变化现象。
2.5分析讨论
内层原材料的化学成分合格；锅炉运行中，炉水有硬化现象，爆管位置处于水冷壁墙下端，炉内水流趋缓，爆管外壁接近燃烧器出风口，高温使水冷壁管壁边缘炉水被蒸发，蒸发的汽水混液在高温高压下，炉水中盐类的溶解度下降，过饱和的盐类结晶析出，逐步在水冷壁管受热面上粘结，形成水垢，而酸性物质沉积水垢下，侵蚀金属本体。反应开始时腐蚀产物不多，星星点点囤积在管壁的受热面上，但腐蚀产物一旦形成，热阻会缓慢增大，使基体的温度升高，腐蚀加剧，这时腐蚀产物就会越厚，温度会继续升高，随着关炉开炉，靠近基体会出现多层氧化物，腐蚀产物也会被烧结变硬，酸性物质腐蚀材料基体时，会因为电化学原因产生氢气，而腐蚀产物的不断加厚变硬阻挡了氢气溢出，管壁温度长时间停留在高温状态，基体会产生脱碳现象，碳和氢发生反应生成甲烷，使基体金属在晶界上生成大量的黑色蠕虫状的孔洞裂纹，破坏晶粒间的紧密联系，使金属的强度和塑性迅速降低，在受到水压等外力作用下，就会导致金属管的脆性破坏。
3综合分析
1）由金相组织形貌分析和扫描电镜形貌分析结果可知，样管爆口处存在大量蠕变裂纹和蠕变孔洞。试样外表面宏观裂纹尖端均存在微小的蠕变裂纹和蠕变孔洞。2）综合上述分析，样管爆口呈纵向张口状，爆口处存在胀粗变形，样管外表面存在大量密集的纵向宏观裂纹，样管爆口处和宏观裂纹尖端均存在蠕变裂纹和蠕变孔洞，由此判断，样管在锅炉运行过程中发生了长期超温，使样管发生了蠕变，形成蠕变孔洞，产生蠕变裂纹，裂纹在运行过程中逐渐扩展并最终导致爆管。3）经沟通了解，此次爆管事故仅第9屏第18根一根管子发生爆管，且管子外表面存在大量密集的纵向宏观裂纹，检查爆管附近其它管子外表面均未发现裂纹；在更换样管后，在新管子上加装了测温点，锅炉启炉后，测温点温度显示正常，未发现超温，由此可排除工质流量分配和烟气等因素导致的样管长期超温。推测样管发生超温的原因可能为：样管所在管子曾经发生堵塞，管内工质流量减少，管壁温度升高发生过超温情况。4）水冷壁管壁厚因为腐蚀严重减薄，使金属的强度降低，水冷壁管基体金属在晶界上生成大量的孔洞裂纹，金属的塑性降低，综合作用下导致金属管的脆性破坏。5）建议提高水的品质，定期化学清垢，并清洗干净，对失效的部件及时更换，保护锅炉的正常运转。
结语
锅炉水冷壁发生频繁爆管的主要原因是热力、几何、水循环以及实际使用情况等多种因素综合形成的结果，当对爆管事故进行整改时应从多角度考虑，以期达到标本兼治的结果。锅炉后屏过热器样管的金相组织重度老化。锅炉后屏过热器样管发生爆管的原因是样管长期超温运行，导致样管发生蠕变爆管。锅炉后屏过热器样管发生超温的原因可能为：样管所在管子曾经发生堵塞，管内工质流量减少，管壁温度升高发生过超温情况。锅炉水冷壁管发生爆管泄漏，导致生产全面停工，极大的影响工厂的经济效益。而造成事故的原因往往是部件中小零件失效。找出并解决这个问题，是保障后序顺利生产的关键。
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