目前，新建火力發電機組以600 MW和1000 MW機組為主，但現在運行的火力發電機組仍以300 MW機組為主，做好300 MW機組的安全運行工作具有重要的意義。在300 MW機組非計劃停機事故中，鍋爐事故占據首位，而鍋爐爆管事故又是發生最多的鍋爐事故。本文將探討300 MW機組自然循環鍋爐爆管事故的主要原因，以及如何在運行工作中及時發現并減少爆管事故。
1、鍋爐爆管原因分析
過熱器、再熱器、省煤器和水冷壁是鍋爐主要承壓換熱面，也稱為“四管”，鍋爐的爆管主要是指“四管”的爆漏。新機組鍋爐爆管的主要原因是錯用管材、管材不合格、異物堵塞受熱管及焊接缺陷等。老機組鍋爐爆管原因主要有以下幾種。
1.1鍋爐換熱面超溫
超溫爆管是因某種原因導致管子金屬實際工作溫度超過鋼材允許的下臨界點溫度，在介質內壓作用下管道破壞而出現故障。工作溫度處于金屬蠕變范圍的過熱器和再熱器，以及由于熱傳導狀況不正常而引起管壁工作溫度升高的水冷壁，都容易造成應力破裂。
超溫有短期超溫和長期超溫2類。短期超溫一般是從一些異常情況開始并發展形成的，例如燃燒器調整不當，產生火焰沖墻，導致水冷壁局部短期超溫；燃燒方式不合理，管屏熱力偏差增大；鍋爐結渣，導致受熱面短期超溫；汽水分配不均，部分管路循環停滯或流量過低；管內有維修殘留物、氧化垢等障礙物，導致管內汽水循環不良；管內嚴重結垢，使管子傳熱效果變差；尾部煙道再燃燒等，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒秸稈顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
鍋爐管的長期超溫往往是由于設計不合理、維修不正確以及運行調整不恰當等結構性原因造成的。長期超溫的主要原因有：煙氣熱偏差過大，管子熱負荷超過設計值；管子金屬材料使用不當；管內結垢輕微，長期傳熱熱阻高；局部熱負荷較高，造成管子壁溫高于其規定值；管內冷卻介質流量偏低；受熱面積灰、結焦等。
長期超溫狀態下的爐管一般會發生蠕變破裂，爆管的管子呈脆性斷裂特征，破口粗糙、邊緣為不平整的鈍邊；管子壁厚減薄不多，內外壁有一層較厚的易剝落氧化皮，沿破口周圍有很多平行于破口的縱向裂紋，整個破口張開不大，其微觀特征是在破口附近有許多類平行的沿晶小裂紋和晶間孔洞，珠光體區域形態？肖失，晶界有明顯的碳化物聚集，背火側組織明顯好于向火側組織。
短時超溫的爐管在運行中由于冷卻條件的惡化，使部分管壁溫度短時間內迅速上升至鋼的下臨界點Ac．附近，甚至可達上臨界點AC以上，在此溫度下，管子向火側產生塑性變形、管徑脹粗使管壁減薄而爆管。短時超溫爆管的破口具有完全延性斷裂的特征。爆管脹粗明顯，破口張開很大，呈喇叭狀；破口表面比較光滑，邊緣鋒利呈刀刃形，破口附近沒有裂紋。其微觀特征是破口處金屬出現相變或不完全相變組織，未相變的鐵索體沿變形方向被拉長，背火面組織變化不大。
1.2管內腐蝕
鍋爐管內的水或蒸汽中所含雜質的種類或數量不同，導致鋼管內的腐蝕程度不同。高溫狀態下水作用于鋼，便自然地加速生成磁性氧化鐵(即Fe304)保護層，可防止鋼被進一步腐蝕。但磁性氧化鐵并不穩定，當pH值低于5或高于12時，便被溶解，發生堿性腐蝕或氫損傷。在爐管的內表面因氧的侵蝕作用造成坑蝕或局部腐蝕而導致故障，這種失效方式稱為點蝕。腐蝕是在管壁上圍繞積垢發生電化學反應引起的，因垢下爐管表面為陽極，導致爐管被腐蝕，造成穿透性孔洞泄漏。
1.3管外腐蝕
燃料成分和金屬溫度的影響是造成爐管煙氣側發生腐蝕的重要原因，鍋爐燃料的腐蝕性因燃料的灰分組成和爐管表面溫度而異，主要有低溫腐蝕、水冷壁和過熱器、再熱器的同溫熱腐蝕。在燃燒高水分高硫燃料時，尾部受熱面低溫部分會受到腐蝕，稱為低溫腐蝕。低溫腐蝕是因為管壁金屬表面有硫酸將金屬蝕掉，使管壁外表面受到損耗。水冷壁向火側腐蝕主要是水冷壁在“還原氣氛”下管壁遭到腐蝕所致，影響水冷壁腐蝕的最主要因素是水冷壁附近的煙氣成分和管壁溫度。煤灰中含有腐蝕性物質，在高溫處于熔融狀態，將造成受熱面金屬的腐蝕作用，通常是發生在過熱器或再熱器高溫地區的外管壁上，在受熱面金屬表面生成堿性三硫化鐵的復合物，該液態三硫化物將金屬最外層的氧化鐵熔掉，使金屬暴露在有氧環境中，進一步產生腐蝕金屬的氧化物。
1.4磨損原因
在鍋爐運行中，由于灰粒、灰渣或煤顆粒不斷沖刷撞擊受熱面管，使管壁減薄，斷面承受的應力增大，當超過鋼材的屈服強度時，管子將會失效。根據磨損發生的區域及沖擊顆粒不同，可將磨損分為飛灰磨損、吹灰磨損、掉渣沖刷和煤粒磨損4種。飛灰磨損是煙氣中的高速灰粒沖擊管壁金屬而造成磨損，灰粒量及其速度是金屬磨損的主要因素。吹灰磨損是指吹灰器運行失當使管子磨損而引起的損壞，往往是由于吹灰蒸汽中帶水或灰，或者吹灰器噴嘴有缺陷引起的。掉渣沖刷是指大團灰渣塊從高處落下，擦傷管子并使爐管受損。受磨損最嚴重的部位是爐膛下部灰斗緊靠側墻一帶。
1.5疲勞原因
當鍋爐管子受到周期應力或應變時，將會導致疲勞裂紋的產生和發展并最終使管子失效。一般來講，應力愈高，產生疲勞斷裂所需的循環次數愈少。如果應力水平降低到疲勞極限以下，則不論應力循環次數多少都不會產生疲勞裂紋。當金屬處于腐蝕性環境中承受附加循環應力時，其疲勞極限值將明顯降低而使管子較易失效。疲勞原因包括機械疲勞、熱疲勞和腐蝕疲勞。機械疲勞是指鍋爐管子因振動而產生疲勞并逐步擴展，最終導致斷裂。鍋爐受壓部件表面由于急劇加熱，冷卻產生沖擊熱應力，如果塑性材料表面熱應力超過屈服點，且經過多次交變，將會產生疲勞裂紋而導致失效。熱疲勞裂紋的發生和發展是由于管子表面溫度突然大幅度變化，致使管壁內外間產生溫差所致。而腐蝕疲勞是管件在腐蝕性環境中并受到周期應力的作用引起的疲勞形態，在交變應力和腐蝕介質共同作用下，金屬疲勞強度或疲勞壽命較無腐蝕作用時有所降低。
1.6焊接質量原因
鍋爐受熱面在維修換管時會采用焊接工藝，在焊接過程中由于溫度控制和應力釋放不當，出現熔融不全、過度溶透、夾渣、氣孔、表面缺陷（包括咬邊、焊瘤、弧坑、電弧擦傷及焊縫尺寸不符合要求等）和裂紋（包括熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋）等缺陷，而焊接操作不當、接縫預處理不當、焊條不良、錯用焊條、預加熱不適宜或冷卻太快都會使焊縫或熱影響區出現裂紋，從而使焊接處局部周向應力明顯增加，最后因強度不足而失效。
2、運行對策
2.1運行工作中如何減少爆管事故
爆管事故危害性較大，而且會造成非計劃停機，影響電廠的經濟性。運行中對機組進行調整，可以減少爆管事故的發生，運行工作中可以采取的手段有：
(1)合理進行燃燒調節。正確組織燃燒工況，及時、科學地調整運行參數，盡量避免火焰偏斜和煙溫偏差，防止過熱器和再熱器壁溫超溫過熱，保持合適的火焰中心位置，注意控制煤粉細度，控制一次風粉氣流偏轉，提高二次風速，保證煤粉燃燼，避免在水冷壁附近形成還原性腐蝕環境和爐內結焦。
(2)合理使用吹灰器。鍋爐受熱面定期吹灰，對提高鍋爐效率，降低排煙溫度以及減少煙氣灰粒的磨損均有好處。應合理確定吹灰器的使用頻率，若吹灰器投入率低，吹灰器效果差，爐膛、過熱器易積灰結焦，使煙溫升高，再熱器、過熱器易引起超溫過熱。但若吹灰過勤、吹灰器使用不當或吹灰器出現故障，都會使受熱面損傷，甚至造成吹灰器附近的受熱面管嚴重受損。
在吹灰期間，應有運行人員現場監視吹灰器的運作情況，若吹灰器故障卡澀，應立即關閉進汽閥門，及時手動退出，以免故障吹灰器吹薄換熱面管壁；同時，保證吹灰器疏水暢通，嚴防蒸汽帶水；定期檢查校驗吹灰器槍桿的垂直度，嚴防彎曲造成吹掃半徑改變而吹傷受熱面。
(3)加強化學運行監督、嚴格控制汽水品質。運行人員要加強化學監督，嚴格控制汽水品質，避免爐管內部腐蝕和結垢，防止凝汽器泄漏。水冷壁管內垢量超標或運行年限達到規程規定值時，要及時進行化學清洗，防止氫損傷或堿性腐蝕的發生。對停用備用鍋爐要做好防腐保養措施。
(4)正確控制機組啟、停過程的蒸汽溫度變化率。嚴格按照規程中鍋爐啟、停和變負荷的曲線進行操作，鍋爐冷態啟動時要嚴格控制主汽溫再熱汽溫的升溫梯度，消除冷熱不均產生的熱應力，避免熱應力拉傷拉裂焊口。
2.2運行工作中如何及時發現爆管事故
(1)通過鍋爐爆管監測系統及時發現爆管事故。近年來，國內部分300 MW機組通過技術改造安裝了鍋爐四管爆漏監測系統，可以及時發現爆漏，避免事故擴大并減少管子吹損數量。運行人員應密切注意爆管監測系統的檢測情況，爆管監測系統一般設計為在延時一定時間后才在主控室電腦屏幕或控制盤上報警。
(2)通過現場巡檢及時發現爆管事故。在鍋爐周圍進行現場巡檢，也是及時發現爆管事故的一個重要手段。巡檢時，可以貼近鍋爐外壁，通過聽力辨別有無新的異常聲音出現，尤其是蒸汽噴射的聲音，在鍋爐現場通過聽力辨別鍋爐泄漏需要一定的現場經驗積累；在戴好防護面罩后，還可以通過各層望火孔觀察爐膛內有無異常現象，以判斷鍋爐有無泄漏。
(3)通過對參數變化的判斷及時發現爆管事故。鍋爐泄漏后，機組的一些參數會出現異常變化，如機組補給水量和鍋爐給水量會增大，爐膛負壓會出現波動，省煤器入口煙氣溫度也會發生變化等。運行人員應重視這些參數的變化，并通過這些參數去判別鍋爐是否已經發生了泄漏。
3、結束語
運行人員應嚴格遵循操作規程進行操作，減少鍋爐爆管事故的發生；同時要勤于檢查，以便及時發現鍋爐爆管事故，避免事故的擴大。本文介紹的各種狀況及總結出的各種對策，對機組運行人員有較好的指導作用，可供運行時借鑒，富通新能源不但生產銷售生物質鍋爐，而且還大量銷售木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
