140t干熄焦锅炉系统的爆管与处理

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摘 要：结合唐山中润煤化工有限公司干熄焦余热锅炉的运行情况及国内干熄焦锅炉爆管的原因进行技术分析，得出干熄焦余热锅炉爆管的主要原因，对故障检维修处理方法进行探讨，同时制定预防措施，降低锅炉爆管的发生率。

关键词：干熄焦锅炉；过热器；蒸发器；爆管；技术分析；预防措施

干熄焦锅炉是一种余热锅炉，是干熄焦系统的重要组成部分。干熄焦系统流程：惰性循环气体（主要是N2）通过循环风机送入热管换热器冷却至130℃进入干熄炉与焦炭进行热交换后高温惰性气体880～960℃经过一次除尘器分离粗颗粒焦粉，进入干熄焦锅炉进行热交换，温度降至约160℃后进入二次除尘器进一步分离细颗粒焦粉，最后返回循环风机，从而完成了一次循环。干熄锅炉产生的蒸汽被送往汽轮机发电。干熄焦锅炉是能源转化与回收的中心，是保证干熄炉稳定运行的重要环节。

唐山中润公司炼焦分厂设置有两座处理量为140t/h的干熄焦装置，配有两套高温高压余热锅炉，额定蒸汽压力10.3MPa，额定蒸汽温度为540℃，自然循环，炉膛型式为膜式水冷壁。干熄焦锅炉发生爆管时水蒸气与干熄炉内红焦炭发生化学反应，产生大量的CO、H2，当可燃气体含量达到爆炸极限时会有爆燃的可能，危机设备、人身安全和生产系统的正常运行。

1 锅炉爆管的发生与处理

2011年12月某日12时37分，炼焦分厂1#干熄炉预存室、锅炉入口压力波动较大，同时循环气体H2、CO含量明显上升且速度较快，蒸汽量下降明显，初步判断为锅炉爆管，于12时45分停循环风机，开启一次除尘器紧急放散。当锅炉压力降至可控范围后，开启循环风机，通过导入氮气控制可燃气体含量，逐步降低干熄炉料位，降低锅炉负荷。

停炉后对锅炉进行了整体检查，二次过热器炉管表面磨损严重，且在炉管表面发现一漏点，经过管道壁厚测量，磨损量均在2mm左右（设计厚度5.3mm含喷涂层）。

虽然二次过热器整体磨损严重，但由于多种因素制约不具备整体更换条件，故进行临时处理。根据测量结果对管壁最薄的的四根过热管束进行封堵，对其余磨损严重的管道表面加盖不锈钢防护板（材质：0Cr23Ni13），保护炉管上管面，降低磨损。

2 锅炉炉管破损爆裂的原因分析

2011年底至2012年初干熄焦锅炉二次过热器发生多次爆管故障，主要原因为2011年两座干熄焦除尘装置挡墙坍塌，大颗粒焦粉进入锅炉炉膛，加大炉管冲刷，导致二次过热器上管面失效。

造成干熄焦锅炉炉管破损爆裂的原因很多，有锅炉设备本身和生产操作不当等原因，也有外部因素的作用，主要有以下几个方面：（1）锅炉炉管在制造、焊接、安装或者酸洗中存在缺陷，经受不住干熄焦生产的正常波动而磨损；（2）锅炉炉水水质不良，造成炉管管壁结垢后受热超温而破损或锅炉给水溶解氧长期超标，对锅炉低温区产生氧腐蚀而造成炉管破损；（3）循环气体的高温腐蚀、夹带焦粉对炉管磨损使其强度下降而破损；（4）锅炉系统频繁启停，锅炉炉管断水或局部水循环不良；（5）锅炉入口温度过高，温度波动频繁且范围大；锅炉出口循环气体长期处于低温状态，造成锅炉下部省煤器炉管因低温腐蚀而破损；（6）锅炉炉管表面存在脱落的浇注料、遗留铁器等杂物，造成炉管局部过热，导致炉管破损。

通过对中润公司干熄锅炉几年来运行情况的总结，循环气体夹杂的炽热焦粉对二次过热器上层管面的冲刷磨损较为严重，为了延长炉管的使用寿命，中润公司于年修期间在二次过热器上层炉管表面铺设一层（材质309S）防护罩（图1）。在保证循环气体流通截面积基本不变的情况下，有效降低了焦粉对炉管表面的冲刷。

为了减少高温烟气的“涡流回旋”的冲刷磨损，年修期间对整个炉膛进行了清理，防止炉管局部过热，同时降低阻力，尽量保证循环风量在整个炉膛内均布。中润公司干熄焦锅炉过热器炉管材质为12Cr1MoV为珠光体耐热合金钢，在恒温、恒应力下有金属蠕变变形，高温下钢的力学性能随温度及载荷持续时间而变化，高温下钢的组织结构常会发生转变，耐热钢在长期超温下会导致碳化物的聚集与长大、再结晶，固溶体及碳化物中的金属元素重新分布。这些内部组织的变化导致炉管高温力学性能下降、蠕变速度加快、失效加快，往往造成管子蠕胀及爆破。温度越高，蠕变变形越快。

图2为典型蠕变曲线，Ⅰ阶段为蠕变初始阶段，蠕变速度随时间的增加而逐渐减少；Ⅱ阶段是蠕变的稳定阶段，蠕变速度基本不变；Ⅲ阶段蠕变加速进行，直到失效为止。

不同材料在不同条件下得到的蠕变曲线不同，同一种材料的蠕变曲线也随着应力和温度的不同而异，但蠕变的三个阶段的特点仍然保持，而各个阶段的持续时间则有了很大的改变。当减小应力或降低温度时，蠕变的第Ⅱ阶段增长，甚至第三阶段不可能发生；当增加应力或升高温度时，蠕变的第Ⅱ阶段随之缩短，甚至几乎没有，只有第Ⅰ阶段和第Ⅲ阶段，材料将在很短时间内失效。

蠕变可以在单一应力，也可以在复合应力下产生，工艺参数的波动，导致炉管在生产过程中承受的是复合应力，蠕变加疲劳，蠕变拉伸加扭转等等的复合蠕变。进而生产过程中，锅炉运行期间各个参数合理、稳定是保证锅炉良好运行的先决条件。

3 结束语

针对国内外干熄焦锅炉爆管的主要原因：焦粉的冲刷磨损；运行工况的不稳定；水质不良，溶解氧超标等；可知，加强整套干熄焦装置的运行管理，规范操作，保证其良性稳定运转，是降低干熄焦锅炉爆管，确保其安全、稳定、经济运行的关键。

参考文献

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