SZL15組裝鍋爐過熱器爆管事故分析

本文格式為Word版，下載可任意編輯——SZL15組裝鍋爐過熱器爆管事故分析摘要:針對(duì)SZL15-1.25/250-AⅡ鍋爐短期使用后過熱器管出現(xiàn)爆管事故,進(jìn)行原因分析,對(duì)SZL15組裝鍋爐的過熱器布置及相關(guān)設(shè)計(jì)作簡要的探討,并對(duì)該鍋爐的過熱器提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞:爆管、原因分析、設(shè)計(jì)與布置、改進(jìn)措施

1前言

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,對(duì)帶過熱器的工業(yè)鍋爐需求也越來越多。過熱器的作用是將飽和蒸汽加熱到一定的溫度,以滿足生產(chǎn)工藝的需要,一般溫度不高于400℃。天津某用戶于2023年5月安裝的一臺(tái)SZL15-1.25/250-AⅡ鍋爐,使用近5個(gè)月時(shí)間,過熱器管子發(fā)生爆管。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查,過熱器蛇形管底部有一φ6mm的孔,因生產(chǎn)急需,堵管、水壓后繼續(xù)運(yùn)行。使用一周后又出現(xiàn)過熱器爆管,現(xiàn)場(chǎng)搶修后又繼續(xù)運(yùn)行,再次發(fā)生爆管,在一個(gè)月時(shí)間內(nèi)連續(xù)發(fā)生三次過熱器爆管事故。從爆管處看,有過燒現(xiàn)象,分層、析碳;剖開檢查,管壁有少量鹽垢。

2原因分析

2.1設(shè)計(jì)與布置

過熱器受熱面布置在煙氣溫度較高的地方,一般布置在700～900℃的溫度范圍內(nèi),達(dá)到既有足夠的傳熱溫壓,又保證碳鋼管在允許的溫度范圍內(nèi)工作,一般不使用合金鋼。其傳熱方式有對(duì)流、半輻射和輻射三種,工業(yè)鍋爐采用的過熱器尋常為對(duì)流,特別是SZL系列組裝鍋爐由于爐膛空間小,設(shè)計(jì)時(shí)都采用對(duì)流過熱器。過熱器布置方式有垂直和水平兩種。垂直布置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,吊掛便利,結(jié)灰少,應(yīng)用廣泛;缺點(diǎn)是停爐后管內(nèi)積存的凝結(jié)水難以排除,長期停爐后引起管子的腐蝕。在升爐時(shí)由于管內(nèi)積水,在工質(zhì)流量不大時(shí),易形成氣塞使管子過燒。該鍋爐過熱器采用15CrMoG材料,布置在爐膛出口處,采用垂直吊掛方式。熱力計(jì)算結(jié)果:過熱器入口煙溫1080℃,出口煙溫986℃。這樣的溫度區(qū)域相對(duì)較高,運(yùn)行時(shí)的壁溫也高,靠近爐膛處還受到火焰的輻射。

2.2水質(zhì)的影響

水質(zhì)對(duì)過熱器運(yùn)行有直接影響,GB1576水質(zhì)要求鍋爐內(nèi)水的堿度也需嚴(yán)格控制,堿度過高簡單引起汽水共沸而帶水嚴(yán)重,堿度高即鍋水中鹽濃度高,汽帶出的水中的鹽量也會(huì)增加,造成過熱器積鹽加快。定期的反洗是必要的,過熱器中積鹽現(xiàn)象是不能避免的,我們只能控制它的速度所以時(shí)間長了必需進(jìn)行反洗,去除鹽垢,保證過熱器的安全運(yùn)行。

2.3運(yùn)行中的影響因素。

2.3.1鍋爐負(fù)荷。對(duì)流過熱器,隨著負(fù)荷的增加,過熱器蒸汽溫度升高。由于負(fù)荷增加,燃料消耗量增大,燃燒后產(chǎn)生的煙氣量隨之增加,導(dǎo)致煙氣流速加大,傳熱系數(shù)增高;同時(shí)由于燃料消耗量增加,使煙氣溫度升高,因此對(duì)流過熱器的吸熱量的增加值超過了由于負(fù)荷增加工質(zhì)吸熱量的增加值((Qgr/D)增大,使tgr升高)。SZL型組裝過熱蒸汽鍋爐運(yùn)行一定要保持一定的壓力,壓力低蒸汽容積膨脹,蒸汽速度增加,增大了蒸汽帶水能力。

2.3.2給水溫度。給水溫度降低時(shí),使鍋爐的總吸熱量增加,其燃料消耗量必需相應(yīng)的增加,造成對(duì)流過熱器入口煙氣溫度升高和流量的增加,導(dǎo)致對(duì)流過熱器吸熱量增加,使蒸汽溫度升高。一般狀況下,給水溫度變化不大,對(duì)蒸汽溫度變化影響較小。

2.3.3爐膛出口空氣過量系數(shù)。爐膛出口空氣過量系數(shù)的變化對(duì)過熱器溫度有顯著影響。空氣過量系數(shù)增大,爐內(nèi)溫度水平降低,輻射吸熱量減少,煙氣量增加,煙氣速度增大,使對(duì)流過熱器的吸熱量增加,蒸汽溫度升高。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),空氣過量系數(shù)增加10%,過熱蒸汽溫度將升高10～20℃。但必需注意的是,雖然過量空氣系數(shù)的大小可以改變蒸汽溫度的變化,但不能作為調(diào)理過熱蒸汽溫度的手段。由于增加過量空氣將使鍋爐排煙損失加大,減少過量空氣系數(shù),會(huì)使燃燒不完全,因此是不合理的。

2.3.4燃料的變化。燃料中主要是煤中的水分和灰分的變化,引起蒸汽溫度的變化。水分與灰分的增加,使煙氣體積增加,使過熱器的煙氣速度加大,對(duì)流傳熱量增加,引起對(duì)流過熱器蒸汽溫度升高。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),一般水分增加1%,對(duì)流過熱器溫度約增加1℃;灰分的影響比較繁雜,如灰分增加,使燃料著火推遲,受熱面污染加重等,影響對(duì)流傳熱。

2.3.5爐膛出口煙氣溫度。爐膛出口煙氣溫度直接影響過熱蒸汽溫度。這種狀況影響因素較多,如爐膛結(jié)渣、火焰中心移動(dòng)、爐膛上部或過熱器區(qū)發(fā)生局部再燃,以及受熱面本身積灰、結(jié)渣等都會(huì)引起過熱蒸汽溫度發(fā)生波動(dòng)。

3設(shè)計(jì)探討

3.1與SHL型雙鍋筒橫置式散裝鍋爐過熱器對(duì)比。散裝結(jié)構(gòu),鍋筒可以橫向布置,且鍋筒直徑可以做大。橫向布置可以使蒸汽沿鍋筒縱向均勻分布,汽水分開均勻;蒸汽空間較大,減小飽和蒸汽帶水,提高蒸汽品質(zhì);橫向布置的過熱器管受熱比較均勻,蒸汽流量很均勻,可使過熱器壁溫下降,進(jìn)入過熱器的飽和蒸汽含水率很低,過熱器積鹽、積垢很少,過熱器故障率極低。

3.2組裝鍋爐過熱器的結(jié)構(gòu)特性。在組裝工業(yè)鍋爐過熱器設(shè)計(jì)中,蒸汽流速一般根據(jù)管子的冷卻條件和滾動(dòng)阻力不致過大為原則來選取。尋常過熱器總阻力不超過額定工作壓力的10%。工業(yè)鍋爐壓力較低,蒸汽密度小,可以選用較高的流速來降低管壁溫度。一般蒸汽流速取用25～35m/s,煙氣流速根據(jù)管子不受磨損和不易積灰來選擇,一般取8～14m/s。在鍋爐過熱器布置中,蒸汽流速和煙氣流速都需要保證。過熱器管的布置可以采用單排并聯(lián),多排并聯(lián),或單排內(nèi)管子分為幾個(gè)回程來保證蒸汽流通截面積和煙氣流通截面積。過熱器管一般采用φ32～φ45的無縫鋼管制成,為減輕灰渣粘連,同時(shí)考慮支吊的便利,較多采用順列布置。

3.3汽水分開裝置。由于工業(yè)鍋爐運(yùn)行條件差,而且SZL型雙鍋筒縱置式鍋爐,沿鍋筒縱向蒸發(fā)率相差很大,前高后低,前部水冷壁管蒸汽量大且從單排的水冷壁管中集中沖入鍋筒,后部對(duì)流管束蒸汽量小且從整個(gè)下鍋筒均勻進(jìn)入上鍋筒。鍋水中鹽份很大,蒸汽把鍋水帶入過熱器后,水分進(jìn)一步蒸發(fā)變?yōu)檫^熱蒸汽,而鹽份將會(huì)積累在過熱器內(nèi)壁上。時(shí)間長了會(huì)越積越厚,增加了管內(nèi)壁熱阻,將使過熱器壁溫上升,造成過熱器超溫,氧化,蠕變直至爆管。所以SZL型過熱器鍋爐防止爆管,減少蒸汽帶水率是設(shè)計(jì)重點(diǎn)。改善汽水品質(zhì)首先從改進(jìn)汽水分開裝置著手,過熱蒸汽鍋爐內(nèi)部裝置采用組合裝置,下部由蒸汽擋板,水下孔板組成。蒸汽由蒸汽擋板引到水下孔板以下,經(jīng)水下孔板節(jié)流后,從孔板的小孔中均勻進(jìn)入鍋筒蒸汽空間。由于SZL型鍋爐,鍋爐內(nèi)蒸發(fā)量的不均勻性,水下孔板開孔需根據(jù)蒸汽負(fù)荷不同而開孔數(shù)量及密度也不同。蒸汽向上時(shí)經(jīng)過給水層,使蒸汽中帶水含鹽濃度下降。蒸汽進(jìn)入鍋筒汽空間后經(jīng)過一段距離進(jìn)入波形板分開器,波形板分開器后邊也布置一塊均汽孔板,使經(jīng)過每片波形板縫隙的汽量相近,使汽水分開效果達(dá)到最正確。上鍋筒蒸汽引出采用多路引出,使沿鍋筒縱向出汽均勻,避免由于局部蒸汽流速偏高而增加蒸汽帶水量。另一個(gè)改善蒸汽品質(zhì)的方式就是加大蒸汽出口到水面的高度。汽空間高度大于500mm時(shí),蒸汽帶水量已經(jīng)很小。為增加汽空間高度,一般采用加大鍋筒直徑、增高蒸汽出口、降低正常水位。鍋筒直徑加大后假使正常水位與鍋筒中心線位置不變,汽空間高度的增加將等于鍋筒半徑R的增加量,這樣的增加量顯然不理想。我們對(duì)對(duì)流管束進(jìn)行了重新排列。一般狀況下鍋筒上管排的縱向減弱系數(shù)總是最小值,橫向減弱系數(shù)比縱向大好多,但是橫向節(jié)距由于要保證一定的焊縫凈間距,避免焊縫熱影響區(qū)重合,也已不能再減小。管口間凈間距需大于20mm,φ900鍋筒取相鄰管角度9°,管口凈間距19.7mm。而鍋筒加大后如采用φ1000、φ1100鍋筒,保證管口間凈間距需大于20mm,相鄰管間角度分別只需8.2°、7.4°。假使橫向管排數(shù)量不變,從鍋筒上引出的最高一根水冷壁管與水平線的角度將增大,鍋爐正常水位也可相應(yīng)下降,一般水位可下降100~150mm,這樣可以最大限度的增大了汽空間高度,改善了蒸汽品質(zhì)。

4改進(jìn)措施

綜合以上幾方面考慮,對(duì)SZL15-1.25/250-AⅡ鍋爐過熱器設(shè)計(jì)與布置作如下改進(jìn):將過熱器布置在燃燼室出口與對(duì)流管第一管束入口間,此區(qū)域進(jìn)口煙溫為900～980℃,熱力計(jì)算結(jié)果如下:過熱器入口溫度976℃,出口溫度885℃。受熱方式為對(duì)流受熱,一方面使過熱器管壁溫度不致于過高,少用合金鋼