【摘 要】工业锅炉受热面管的失效是影响锅炉安全、经济运行的重要因素之一。受热面管失效的研究和预防是锅炉检验人员需要探讨的重要问题。本文针对工业锅炉受热面管失效的问题，以详实的工程素材，系统地研究总结了失效模式、失效机理及其产生原因，提出了相应的预防措施，并提出了相应的预防措施。

【关键词】工业锅炉 受热面 失效

工业锅炉受热面是将烟气中的热量传递给汽、水的界面，通常由管子组成。受热面管工作环境复杂而恶劣，虽围绕使用合适材料和改善工作条件做了大量工作，但由于炉内流动、传热、燃烧过程难以控制，用户水平参差不齐，造成锅炉运行工况出现异常。由于工况不正常，设计、制造、安装、使用等环节的不足都会在锅炉受热面管这个薄弱环节集中爆发。受热面管失效是锅炉安全使用中的突出矛盾，对确保锅炉的安全、稳定和经济运行将起到十分重要的作用。因而，如何解决受热面管失效的问题，针对锅炉受热面管的失效模式提出相应的预防措施，一直是锅炉安全监察工作者需要探索研究的重要课题。受热面管的失效与炉内流动、介质成分、传热、燃烧和锅炉结构等方面均有关系。即炉膛结构、蒸汽参数、循环方式、燃烧方式，甚至排渣方式、燃料颗粒度、水处理效果等因素都影响受热面管的安全性能。

1 工业锅炉受热面管的失效模式

工业锅炉受热面管的失效主要由高温损伤、腐蚀、磨损等原因引起。锅壳锅炉受热面管损伤现象以烟管胀口泄漏、水冷壁管爆管、烟管腐蚀为主；水管锅炉则以水循环不良造成受热面管子变形、水冷壁管爆管、

对流管胀口泄漏居多。

1.1 受热面管高温损伤

锅炉缺水、受热面水垢、水循环故障是造成锅炉受热面高温损伤的主要原因。高温损伤按超温的程度又可分为长期过热、短期过热两种类型。工业锅炉受热面管计算壁温一般超不过300℃，但由于缺水、水垢、水循环故障等因素的影响，使锅炉受热面管壁温也有可能超过最高允许工作温度，从而造成受热面管的高温损伤。

1.1.1 缺水

在工业锅炉运行事故中，锅炉缺水事故最多、最普遍，是危险性比较大的事故之一。缺水使得受热面管的局部得不到充分冷却，管子壁温急剧升高，抗拉强度降低。由于管子内汽压产生的应力超过了材料的屈服极限，使管子变形、鼓包、爆破，缺水甚至是引起锅炉爆炸的直接原因。锅炉缺水造成的失效是短期过热的范畴。管子破口为纵向破裂，断面锐利，塑性变形比较大。由于过热时间短，来不及形成厚的氧化皮，因此在管子表面几乎没有氧化皮。爆破处的管子内壁也很干净，通常因为从破口冲出来的汽流的反作用力，而使管子弯曲。严重缺水造成的受热面管失效，表现为大量管子同时损伤或大部份胀口均漏水，在受热面管最高处和高温区的损伤最为严重。锅炉水位计等控制水位设备不能正常工作，锅炉设计和安装不合理以及锅炉操作人员的失误都是导致锅炉缺水现象发生的主要原因，为锅炉安全运行留下隐患[1]。

1.1.2 水垢

在工业锅炉的检验中，锅炉受热面结垢是常见问题，由于结垢导致传热性能变差，温差增大，水垢的导热系数仅为钢材导热系数的1/10，也就是说若有lmm的水垢附着在金属壁上，其热阻相当于钢管加厚了几毫米甚至更多，由此引起锅炉水冷壁管及其它受热面的过热，导致管子鼓包，穿孔和发生爆管事故。水垢造成受热面管失效属于长期过热的范畴。因为水垢是逐渐增厚的，管子壁温长期超过许用温度，钢管抗拉强度降低，甚至产生过热和蠕变破坏。长期过热管子损伤破口不大，断面粗糙、边缘较钝；常伴有一些平行于破口的裂纹，外表有氧化皮；因为有一些塑性变形，管径胀粗很小，壁厚减薄不多，呈脆性断裂，纵向破口不尖锐。偶然也有横向开裂的，这主要是疲劳而造成的。

1.1.3 水循环故障

工业锅炉的水循环故障主要是指水循环停滞、倒流、汽水分层、下降管带汽等。工业蒸汽锅炉大都采用自然循环，水循环的安全可靠是锅炉受热面管安全的基本条件之一。工业锅炉因水循环故障造成受热面管失效的事故相对较少。但由于超负荷运行、下降管带汽和结构不合理等原因，有时也会造成水循环被破坏而发生受热面管变形、爆管事故。水循环发生故障所引起的事故，既可能是长期过热也可能是短期过热。水循环故障通常只发生在水循环最不利的管子上。即热负荷最大、热负荷最小、异物堵塞的管子。发生水循环故障爆破的管子数量一般不多，只有几根，管内没有水垢。

1.2 受热面管腐蚀

1.2.1 氧腐蚀

氧腐蚀是锅炉中最常见的腐蚀形式，锅炉给水管道及省煤器管最易发生氧腐蚀，含氧水首先与这些金属表面接触，一般形成点腐蚀，溃疡腐蚀，是造成省煤器管泄漏的主要原因之一。

1.2.2 碱腐蚀

碱腐蚀是通过强碱的化学作用，使管内壁面的Fe3O4保护膜遭到破坏，而后使金属基体遭到进一步氧化的一种化学腐蚀。碱腐蚀一般发生在水冷壁管的高温区，或者由于结垢和局部阻碍物造成的局部过热区。这是因为锅炉受热面局部过热会导致NaOH在该处浓缩，从而引起碱腐蚀。如，当过热度为10℃时，根据锅炉压力的大小，NaOH可浓缩5%～20%。即使把炉水中的NaOH浓度控制在100 mg/L以下，在管内无垢时，NaOH只浓缩到万分之几，而在管内有垢时，则可浓缩到百分之几十的程度[2]。

1.2.3 酸腐蚀

当浓缩炉水含有较多的MgCl2，和CaCl2，时，这两种化合物会与水作用生成盐，使炉水中H+浓度增加，而发生酸腐蚀。酸腐蚀一般发生在疏松的垢层下热流密度较大的区域和汽膜形成的区域。酸腐蚀的特征是被腐蚀的锅炉受热面表面出现与碱腐蚀类似的麻点和凹坑，但由于腐蚀生成的产物（Fe2O3）不溶于酸性介质，故在酸腐蚀的锅炉受热面表面还会出现红色的氧化层。

1.2.4 低温硫腐蚀

锅炉燃料中的硫，在燃烧时会生成SO2气体，混合在烟气中。其中少部分SO2受灰分和金属氧化物等的催化作用而生成SO3，它再与烟气中所含的水分结合生成硫酸，硫酸在处于露点以下的金属表面凝结并腐蚀金属，这就是所谓的低温硫腐蚀。低温硫腐蚀多发生在省煤器管外壁。由于排烟温度过低，使管壁温度低于烟气露点，进而在省煤器管外壁形成低温硫腐蚀。

1.3 磨损

锅炉对流受热面管的磨损程度与燃料成分以及锅炉燃烧情况和灰的磨损特性有很大关系，煤的灰分、烟气流速、飞灰颗粒的物理及化学性能、灰粒冲刷管子的角度以及金属的耐磨性等都有很大影响[3]。

（1）燃料成分。烟气中的飞灰含量与燃煤中的灰分含量成正比。当灰分增大时，单位体积的烟气含灰量就大，飞灰浓度增高，这时飞灰对受热面管的磨损加大。（2）烟气流速。飞灰磨损量随烟速的三次方刷增。飞灰浓度一定的烟气，烟速增大时，飞灰颗料对管壁的撞击力、冲刷力加大，磨损加快。当锅炉超出额定负荷运行或者煤质变差加大煤量和风量时，烟速将超出设计值，飞灰对管壁的均匀磨损大大加剧。当断面烟速分布不均时，烟速大的部位磨损比烟速小的部位磨损历害。如尾部受热面靠炉后弯头部分磨损相对就很严重。（3）飞灰颗粒的物理、化学性能。煤种不同，飞灰的物化性能不同，磨损性能有差别，对管壁的磨损也会不同。

2 防止锅炉受热面管失效的措施和对策

2.1 针对高温损伤的防护措施

2.1.1 针对缺水的防护措施

导致锅炉缺水的原因主要有客观以及主观两个方面，所以为了降低锅炉缺水现象的发生，提高锅炉运行的安全性，主要从以下几个方面加强控制措施。

（1）管理、运行方面。锅炉运行人员应建立分工明确的岗位责任制，严格劳动纪律。在锅炉运行中，不得擅自离岗，以免出现锅炉水位无人监控的现象。对于有条件单位，应该安装自动给水装置以及水位远传电视等设备，提高自动化水平。为了保证水位计的正常运行，应该定期做好清洁工作。同时为了确保水位计的稳定运行，应该安装两块就地水位计，以此保障水位计运行的可靠性。对就地水位计与其他辅助设备的连接处做好检修工作，防止设备出现堵塞等状况。加强水位计连锁报警装置的试验以及检查工作，确保警报器的正常运行。

（2）锅炉监察方面。加强对取证司炉工的安全技术培训、考试和考核，不断提高他们的操作技术水平，考试、考核不合格的人员不得发证和验证。锅炉安全监察机构应加大对锅炉现场的监察力度，坚决取缔无证单位安装锅炉；禁止无缺水保护或缺水保护失灵的锅炉投用；坚持对缺水保护装置和水质水垢情况的定期监督检查。

2.1.2 针对水垢的防护措施

结垢是引起受热面管长期过热的主要因素，而结垢的主要原因是水质不合格，加强水质管理是预防受热面管过热损伤的必要手段。

（1）选用合格的给水、控制给水水质。根据锅炉类型特征，选用相应的锅炉给水，使给水符合要求。严格监督水处理的水质，对除氧水、炉水水质的合格率保证在98%以上。（2）确定合理的锅炉排污率。为防止炉水含盐量过高，锅炉要进行排污。锅炉进行连续排污，以排除炉水中的悬浮物，连续排污率一般在1.5%以上。锅炉进行定期排污，以排除沉积物质，定期排污率一般控制在锅炉蒸发量的0.1%～0.5%。排污率过高或过低，都会影响炉水品质。

2.1.3 针对水循环故障的防护措施

水循环故障造成受热面管损失的因素很多，原因也比较复杂，预防水循环故障的措施应该从以下方面入手。

下降管与水冷壁管在下集箱连接时不得轴向重合布置，应成90°交角，防止汽水倒流。每个回路的下降管应不少于两根，防止堵塞。下降管必须绝热，以保证足够的温差与容重差产生的水循环压头，每个循环回路要有足够的高度以保证足够的水循环流动压头。自然循环锅炉的水冷壁管最好垂直布置，倾斜布置时与水平面夹角应大于15°，以避免出现汽水分层。

2.2 针对受热面管腐蚀的防护措施

锅炉受热面管的腐蚀不仅与燃料有密切关系，而且与锅炉给水以及炉水质量有重要关系。另外，还应定期对锅炉内外部的水垢、泥垢、燃料产物等进行吹扫，做好锅炉的保养工作。

2.2.1 针对氧腐蚀的防护措施

锅炉给水通常会采用除氧器，针对氧腐蚀，热力除氧效果很好，是较理想的除氧方式；真空除氧效果相对较差。防止氧腐蚀，除了对锅炉给水有效除氧外，还应提高给水管和省煤器管的水速[4]，使氧不停留在金属表面的个别点上，这样可使腐蚀由点腐蚀变为均匀腐蚀，使管子不易穿孔。

2.2.2 针对碱腐蚀的防护措施

防止碱腐蚀，一方面锅炉要及时排污，防止锅炉受热面局部过热；另一方面可通过在炉水中加入适量的磷酸盐，降低NaOH的浓度；同时，还要注意防止炉水受到碱性再生剂的污染。

2.2.3 针对酸腐蚀的防护措施

防止或减轻酸腐蚀，一方面要防止汽膜形成和表面结垢；另一方面还要防止炉水污染，及时消除酸性残液。

2.2.4 针对低温硫腐蚀的防护措施

防止低温硫腐蚀，必须从减少燃烧产物中的硫含量来抑制硫酸的生成，应选用含硫量低的燃料，以减少SOX的生成量。采用炉内脱硫技术，将煤粉添加一定量的脱硫剂和粘结剂，制成煤块后再投入炉中，这种方法脱硫率为40%，广泛应用于链条锅炉[5]。采用低氧燃烧技术，由此可通过降低过剩空气量来抑制SO3的生成，从而有效降低低温硫腐蚀的可能。

2.3 针对磨损的防护措施

加强煤碳质量的控制。煤炭质量是决定锅炉受热面磨损程度的最重要因素。如煤质变差，灰分增加，燃煤量也增加，就会造成烟风量加大，且烟气中飞灰浓度急剧增高，也就造成了磨损加剧。降低烟气流速，控制在合理范围。在运行中，控制和降低烟气流速是减小磨损的最好方法，一般可以通过减小烟风量和调整炉膛、烟道各点的负压参数来进行控制。

参考文献：

[1] 卢银盛.工业锅炉缺水原因及预防措施探讨[J].科技创新与应用，2015（15）.

[2] 宫民健.锅炉受热面腐蚀分析[J].电力安全技术，2008（9）.

[3] 周光宇.锅炉对流受热面磨损及防磨[J].电站系统工程，2011（3）.

[4] 路阳.锅炉受热面结垢与腐蚀的成因及防止[J].科协论坛，2012（8）.

[5] 杨国辉.锅炉低温受热面管的腐蚀及防护[J].管道技术与设备，2004（2）.