锅炉爆管典型事故案例及分析

锅炉典型事故案例及分析

第一节 锅炉承压部件泄露或爆破事故

大型火力发电机组的非停事故大部分是由锅炉引起的。随着锅炉

机组容量增大，“四管”爆泄事故呈现增多趋势，严重影响锅炉的安全性，对机组运行的经济性影响也很大。有的电厂因过热器、再热器管壁长期超温爆管，不得不降低汽温5~10℃运行；而主汽温度和再热汽温度每降低10℃，机组的供电煤耗将增加 0.7~1.1g/kWh；主蒸汽压力每降低1MPa，将影响供电煤耗2g/kWh。为了防止锅炉承压部件爆泄事故，必须严格执行《实施细则》中关于防止承压部件爆泄的措施及相关规程制度。

一.锅炉承压部件泄露或爆破的现象及原因

（一）“四管”爆泄的现象

水冷壁、过热器、再热器、省煤器在承受压力条件下破损，称为爆管。

受热面泄露时，炉膛或烟道内有爆破或泄露声，烟气温度降低、两侧烟温偏差增大，排烟温度降低，引风机出力增大，炉膛负压指示偏正。

省煤器泄露时，在省煤器灰斗中可以看到湿灰甚至灰水渗出，给水流量不正常地大于蒸汽流量，泄露侧空预器热风温度降低；过热器

和再热器泄露时蒸汽压力下降，蒸汽温度不稳定，泄露处由明显泄露声；水冷壁爆破时，炉膛内发出强烈响声，炉膛向外冒烟、冒火和冒汽，燃烧不稳定甚至发生锅炉灭火，锅炉炉膛出口温度降低，主汽压、主汽温下降较快，给水量大量增加。

受热面炉管泄露后，发现或停炉不及时往往会冲刷其他管段，造成事故扩大。 （二）锅炉爆管原因

（1）锅炉运行中操作不当，炉管受热或冷却不均匀，产生较大的应力。

1) 冷炉进水时，水温或上水速度不符合规定；启动时，升温升压或升负荷速度过快；停炉时冷却过快。

2) 机组在启停或变工况运行时，工作压力周期性变化导致机械应力周期性变化；同时，高温蒸汽管道和部件由于温度交变产生热应力，两者共同作用造成承压部件发生疲劳破坏。 （2）运行中汽温超限，使管子过热，蠕变速度加快

1) 超温与过热。超温是指金属超过额定温度运行。超温分为长期超温和短期超温，长期超温和短期超温是一个相对概念，没有严格时间限定。超温是指运行而言，过热是针对爆管而言。过热可分为长期过热和短期过热两大类，长期过热爆管是指金属在应力和超温温度的长期作用下导致爆破，其温度水平要比短期过热的水平低很多，通常不超过钢的临界点温度。短期过热爆管是指，在短期内由于管子温度升高在应力作用下爆破，其

温度水平较高，通常超过钢的临界点温度，会导致金属组织变化发生相变。

长期过热是一个缓慢的过程，锅炉运行中管子长期处于设计温度以上而低于材料的的下临界温度，逐渐发生碳化物球化、管壁氧化减薄、持久强度下降、蠕变速度加快而导致爆管。根据工作应力水平，长期过热爆管可分为三类：高温蠕变型、应力氧化裂纹型和氧化减薄型。高温蠕变型、应力氧化裂纹型过热爆管主要发生在过热器中，氧化减薄型过热爆管主要发生在再热器中。长期过热的主要原因包括热偏差、热力计算失误、错用钢材及异物堵塞。

短期过热是一个突发过程，运行中管子金属温度超过材料的下临界温度，因内部介质压力作用发生爆裂。短期过热通常发生在水冷壁、过热器和再热器向火面。

长期过热与短期过热爆管特征见表1-2-1。

长期过热与短期过热爆管特征

项目 蠕变量 爆口形状 氧化皮 应力氧化型 氧化减薄型 短期过热型 接近或低于超过金属监督金属监督规不明显 不明显 规定值 定值 爆口塑性变形大，管径爆口边缘钝，爆口边缘钝 爆口边缘钝 变粗，爆口呈喇叭状薄呈典型唇状 唇型 爆口周围氧氧化皮厚度化皮有多条达1-1.5mm，爆口周围氧化管子外壁呈蓝黑色，爆纵向裂纹，由管子严重减皮有密集纵向口附近没有众多纵向裂内壁向外壁薄，内外氧化裂纹 纹 扩展，内外氧皮分层，均匀化皮分层 氧化 高温蠕变型 金相组织 向火面完全球化，爆口周围向火侧和背较大范围内存火侧均严重在蠕变空洞和球化 微裂纹 管壁温度在钢材的奥氏体化温度（Acl）以下为拉长铁素体和珠光体；向火侧完全温度在Acl以上，其组球化，背火侧织视喷出蒸汽冷却能球化严重 力，可为低碳马氏体，贝氏体，珠光体和铁素体。

2) 热偏差。影响热偏差的主要因素是热应力不均和水力不均。 电厂厂用受热面钢管的最高允许温度 见表1-2-2

3) 传热恶化。第一类传热恶化也称作膜太沸腾，是指管外热负荷过大，因管壁形成汽膜导致的沸腾传热恶化。第一类传热恶化所对应的临界热负荷非常大，大型电站锅炉一般不会发生。第二类传热恶化即管内环状流动的水膜被撕破或者“蒸干”。发生第二类传热恶化的热负荷低于第一类传热恶化的热负荷值。直流炉因加热、蒸发、过热三阶段无明显分界点，工质含汽率x 由0逐渐上升到1，发生第二类传热恶化不可避免。直流锅炉蒸发受热面的沸腾传热恶化现象主要与工质的质量流速、工作压力、含汽率和管外热负荷有关。

（3）受热面磨损。受热面磨损是由含灰气流对受热面冲刷撞击造成

的。受热面磨损的速度与气流速度的三次方成正比，与飞灰浓度成正比，与管子的排列方式、管子的耐磨性能有关，同时，飞灰硬度、形状、直径大小也是影响受热面磨损速度的因素。

受热面磨损是省煤器爆管的主要原因。

（4）受热面腐蚀。

1) 炉管内高温氧化腐蚀。受热面管子中铁离子在一定的温度下氧化，随着受热面壁温度升高，氧化速度不断加快；当温度高于580℃时，炉管金属内壁氧化皮层由FeO、Fe2O3、Fe3O4三种氧化物组成，最靠近金属的氧化物FeO构成氧化层的主要部分。由于FeO的晶体疏松不紧密，晶体缺陷多，易造成氧化层脱落，使金属与氧易于接触而重新氧化，加速了氧化过程，产生高温氧化腐蚀破坏。同时，氧化皮脱落导致受热面堵塞，管子过热爆管。

2) 炉管内结垢、腐蚀。给水品质不良，炉水品质差，引起炉管管内结垢，结垢后易产生垢下腐蚀。同时，结垢使传热热阻增大，管壁温度上升，强度减弱，发生爆管。

3) 受热面的高温黏结灰和高温腐蚀。在高温烟气环境中，飞灰沉积在受热面管子表面，烟气和飞灰中的有害成分（复合硫酸盐）会与管子金属发生化学反应，使管壁减薄、强度降低，称为高温腐蚀。

4) 制造、安装、检修质量不良。如管材或管子钢号错误、管子焊口质量不合格、弯头处管壁严重减薄。

二、承压部件爆破泄露典型事故

案例一、 水冷壁过热爆管 1. 事件经过

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