过热器管变形原因初探

内容摘要：锅炉较长时间处于低负荷这行状态，尤其是超低负荷这行不能只证锅炉的安全性，延长使用寿命，而这些是造成过热器管严重变形及破坏的原因所采取了必要的措施。

关键词：过热器管，变形

过热器管子失效是锅炉常见故障之一，引起过热器管子产生失效的原因有多种因素，可以归纳为两个方面：一是制造方面的原因比如：如锅炉严重缺水，水处理不达标，水循环不畅等。上述这些原因造成的过热器管子变形及破坏问题已有一些作者进行了分析和论证，这里不再赘述。在此，我们指出一个当前经常被人们忽视的问题：锅炉低负荷运行是引起过热器管子变形及破坏的原因之一。

在多年的检验工作中发现，一些企业的锅炉长时间处于低负荷运行状态下，实际运行负荷只有锅炉额定负荷的30%～50%，并且存在这样一种认识；锅炉在低负荷下运行安全系数较大，不会对锅炉有什么危害，甚至可以延长锅炉使用寿命。但是，实际情况并非如此。例如，某单位一台蒸发量为每小时35吨的锅炉，过热器出口蒸汽温度为450℃，压力为3.9MPa的锅炉，亦在材料先用正确，水处理基本良好（无水垢），未发生过缺水等异常事故的情况下，由于每天都有8小时左右的时间，锅炉在仅为30%额定蒸发量的低负荷下运行，新锅炉投入使用仅8个月，就有40%左右的过热器管子产生挠度400mm-800mm的严重弯曲变形，其中有2根管子严重胀粗，胀粗量为13%，管子外表面亦产生了明显的蠕胀裂纹。此种例下还有些不再多述。对此我们经过分析认为，锅炉较长时间处于低负荷运行状态，尤其是超低负荷运行，非但不能保证锅炉的安全性，延长使用寿命，而这些是造成过热器管严重变形及破坏的原因所在，下面从热工观点进行简要分析。

我们知道，蒸汽在连续不断地流运过程中，通过过热器被加热，升温，成为具有一定过热度的过热蒸汽，而过热器金属壁靠流动及时将高温烟气给予的热量带走，使壁温保持在金属允许工作温度范围内，从而保证过热器长期可靠地工作。如果金属管壁温度增高/金属机械性能下降，当壁温超过强度计算允许的最高温度值时，过热器的安全可靠性就会失去保证，甚至破坏。

从热平衡角度看，过热器管温度的高低，是烟气放热与蒸汽及热两者平衡的结果，即过热器管壁温度的高低取决于烟气放热量与蒸汽吸热量的大小，当高温烟气掠过过热器所放出的热量与蒸汽流过管内所吸收的热量相等时，过热器处于某一温度水平，此时管壁温度为一定值；当锅炉负荷变化时，烟气放热量和蒸汽吸热量也随之发生变化，如果烟气的放热量大于蒸汽吸热量时，过热器的温度将升高，反之则降低，直到建立起新的热平衡时为止。因此，锅炉负荷的变化会引起过热器温度状况发生变化，至于是升温还是降温，将取决于烟气放热量与蒸汽吸热量的变化率，两者比较交哪一项来的大。

烟气放热量主要取决于烟气温度和烟气流量，当锅炉负荷降低时，燃料消耗量和炉温水平相应地碱少和降低，但是，锅炉为保证必需的燃烧条件，维持必要的燃烧工况，这种减少和降低不是随负荷降低而随之任意减小的，有一最低限度，应保持炉膛温度高于燃料的熄火温度，对于燃煤锅炉，熄火温度主要取决于煤的挥发分含量多少，图1给出了煤的挥发分含量与熄火温度之间的关系。工业用煤的挥发分含量通常15%～30%。相应的熄火温度为720℃～850℃。为维持锅炉正常运行，最低限度应保持炉膛温度不得低于这个温度水平。

因此烟气放热量及烟气温度随锅炉负荷降低到一定值时，不能再降低，也就是说锅炉负荷降低较多时，烟气温度和烟气流量不会随之降得很多，烟气温度仍大大高于管壁强度最大允许温度。

根据传热学理论，管内蒸汽通过对流传热所吸收的热量Qd可按下式计算：

显然，蒸汽流速是影响蒸汽吸热量大小或者说是影响对管子冷却程度好坏的主要因素，当锅炉负荷降低时，蒸汽量减小，蒸汽流速降低，对流放热系数按0.8次方减小，蒸汽吸热量也随之减小，蒸汽对管壁的冷却强度减弱，这样就容易造成管壁超温。在锅炉设计中，为了保证过热器管子的良好冷却，使过热管长期可靠地工作，蒸汽流速的确定十分重要，通常取为15～25m/s，这是过热器安全运行的基本保证。但是，在锅炉实际运行中，负荷下降使蒸汽流速和对流放热系数降低，蒸汽流速和对流放热系降低，蒸汽流速和对流放热系数随负荷降低的程度按有关公式计算得到，列表1：

从表中数据可以看出，当锅炉运行负荷低于额定负荷70%以下时，蒸汽流速开始小于安全取值范围，这意味着过热器开始进入不安全工作状况，负荷越低这种不安全因素就越大，当锅炉在30%负荷下运行时，蒸汽流速只为安全流速值的1/3，蒸汽放热系数降低61.83%蒸汽吸热量将大幅度下降，对管子的冷却效果变差，不能及时把烟气给予的热量带走，导致金属管壁温度升高，强度下降，长时间下去会造成管子变形甚至破坏。

另外，目前一些锅炉制造厂家为了节省投资、降低锅炉造价，在锅炉设计时，理论计算的过热器金属管壁温度与该管壁材料的允许使用温度十分接近，两者温差仅为4～5℃。这就增大了超溫的可能性，使过热器的安全性下降。此外，锅炉负荷的经常性变化会使炉温及管壁温度波动，造成金属强度下降，试验表明，在温度波动条件下材料的高温强度（蠕变强度及持久强度）相当于在温度波动幅度上限材料的高温强度，即低于在平均温度时的高温强度。这些情况都会增大管壁破坏的可能性。

综上所述，锅炉低负荷运行，尤其是超低负荷运行，会使蒸汽对管子的冷却效果变差，管壁温度升高，强度下降，容易造成过热器管子变形甚至破坏。对此，必须给予足够的重视，采取必要的措施，防止事故出现。特此提出几点意见。

1、根据用汽量的大小需要，合理选用锅炉型号，避免大马拉小车；

2、如果冬、夏两季用汽量变化较大，可根据夏天的用汽量选用一台较小蒸发量的锅炉；

3、严格按照锅炉操作制度办事，起停炉不要太快，避免管子受热不均匀，膨胀量不一致，引起管子变形；

4、锅炉负荷不宜经常性变化，避免炉温波动，导致金属强度下降，使管子破坏。

推荐访问:初探 变形 原因 过热器