锅炉水冷壁爆管常见类型与预防技术应用

引言：

作为火力发电锅炉核心部件之一的是锅炉水冷壁，其运行状况会直接关乎锅炉系统的稳定性与安全性，在长期维持高温高压的工况里，水冷壁爆管问题屡屡发生，已然成为影响锅炉高效作业的核心壁垒，包含高温腐蚀、低温腐蚀、应力腐蚀及磨损爆管为常见爆管类型，表现出复杂多样的情形，聚焦于此类问题，探究可靠的预防技术及优化举措，对增强锅炉运行的可靠性以及延长设备使用时长意义重大。

1.锅炉水冷壁爆管类型分析

1. 锅炉水冷壁爆管类型分析

身为火力发电锅炉核心组件的锅炉水冷壁，长期在高温高压环境里开展运行，极容易出现爆管状况，水冷壁爆管可对锅炉安全稳定运行构成威胁，也会造成设备停止运行及相应经济损失，开展水冷壁爆管类型、成因和破坏机制的全面分析，利于有侧重地提出科学合理的预防手段，主要的锅炉水冷壁爆管类型为高温腐蚀爆管、低温腐蚀爆管、应力腐蚀爆管和磨损爆管四种，接下来是针对各类型爆管的细致剖析。

1.1 高温腐蚀爆管

高温腐蚀引发的爆管现象，一般出现在锅炉高温区域，主要是因长期高温氧化作用引起的，在锅炉运行的时间段内，高温蒸汽直接跟水冷壁管壁相碰，引发金属材料开展氧化反应，生成紧凑的氧化层，若氧化层的生成速率与剥落速率失衡，管壁将渐次减薄，最终引起管道炸裂，经过长期高温，氧化层开始变脆，由此失去防护作用，尤其于含氧量较高的环境当中，氧化反应愈发猛烈，造成管壁金属元素不断经历氧化消耗。

高温腐蚀爆管的核心机制是氧化膜生成和剥落不断交替，引发水冷壁管壁于高温条件下厚度变窄，结构强度一步步降低，若管壁厚度不足以应对工作压力，极易引起管道爆裂，氧化皮不停地剥落后，直接把裸露金属暴露于高温气氛之下，促使腐蚀速率进一步上扬。

1.2 低温腐蚀爆管

主要在锅炉尾部烟气冷却区域出现低温腐蚀爆管现象，多为低温烟气中的硫化物和酸性冷凝液相互作用引起，在锅炉运行的过程里，烟气里的二氧化硫与三氧化硫在低温区遇冷后凝结，形成的稀硫酸或硫酸盐沉积到水冷壁表面，继而腐蚀了金属管壁，若锅炉负荷出现较大程度的波动，烟气温度频繁转换，于低温区间容易形成冷凝液，腐蚀效果进一步强化。

低温腐蚀的破坏模式是酸性冷凝物对管壁材料造成侵蚀及剥蚀，造成管壁逐步削薄，鉴于冷凝液酸性强烈程度高，腐蚀进程较为迅速，腐蚀斑点易连片，造就管壁减薄区域，倘若减薄程度超过管壁强度承载的范围，锅炉水冷壁出现爆管故障。

1.3 应力腐蚀爆管

应力腐蚀爆管的情况，往往出现在受热不均匀或结构应力集中的区域，在锅炉运行的过程当中，因热膨胀或者机械外力作用，管壁产生局部高应力区，再与腐蚀介质的共同作用叠加，应力集中的区域容易出现微观裂纹，高温水汽的侵入会推动裂纹进一步扩展，造成管壁开裂乃至发生爆裂。

应力集中与腐蚀因子的共同作用乃是应力腐蚀的核心机制，初始阶段形成微小裂纹后，热应力作用下裂纹逐步延展扩大，一旦应力达到材料的极限承载值，由于热应力跟化学腐蚀的叠加影响，导致应力腐蚀爆管拥有突发性与不可预料性。

1.4 磨损爆管

于锅炉炉膛区，磨损爆管较为多见，尤其是燃料颗粒对水冷壁管壁冲刷较为厉害的地方，高速气流牵引着燃料中的灰渣、煤粉和未完全燃烧的颗粒，同水冷壁管壁展开剧烈摩擦，引发管壁慢慢被磨薄。

磨损爆管其实质是机械冲刷作用的体现，水冷壁表层金属逐步遭剥除，若磨损深度突破管壁承载能力的范畴，爆管难以逃脱，尤其在富含高硬度矿物质的煤种里，磨损速度愈发加剧，造成管壁丧失原有功能。

2.锅炉水冷壁爆管预防技术研究

2.1 材料选择与优化

合理挑选与优化材料是防范锅炉水冷壁爆管的根基，因为锅炉水冷壁长时间处在高温、高压和腐蚀性气体的环境里面，材料性能在抗高温氧化及耐腐蚀能力方面要求高得惊人。

采用高性能的耐热合金材质，诸如 Cr-Mo 钢、T91、P92 之类的材料，由于这些材料含铬和钼的比例较高，具备出众的抗高温氧化及耐腐蚀性，T91 合金钢含有的铬占比 9% ，钼占比 1% ，于 650^∘ C 以下的温度范围，其具备良好的抗氧化与抗蠕变性能，大量应用于超临界与超超临界锅炉的水冷壁里，采用P92 合金材料后时，水冷壁的爆管率降低近 40‰

为增强材料的抗氧化与抗蠕变性能，改性主要通过调整化学成分和微合金化实现，加入少许钛（Ti）和钨（W）可实现晶粒细化，增强材料抗蠕变性以及韧性，添加了 0.5%Ti 与 1%W 的合金钢，抗氧化能力增进 30% ，适合于长时间的高温高压环境。

2.2 防腐涂层应用技术

涂层技术是提高锅炉水冷壁在耐腐蚀及抗磨损方面能力的重要手段，就高温腐蚀及机械磨损问题而言，呈上以下两种涂层方案。

面对高温腐蚀的环境，一般采用 Ni-Cr 基合金涂层以及Al2O3 陶瓷涂层，采用热喷涂工艺，Ni - Cr 合金涂层在水冷壁表面造就致密涂层，可抵御 900^∘ C 的高温侵袭，而且在氧化与硫化的气氛里展现出卓越的稳定性，涂有Ni - Cr 涂层的水冷壁管，在 800^∘ C 时腐蚀速率降低超 60% ，Al2O3涂层既具备高硬度，又有优良抗氧化性，宜用于高温高压的特定区域。

2.3 应力控制与运行参数优化

在锅炉运行的进程中，水冷壁往往会因温度的波动及运行参数改变引发应力集中，引起应力腐蚀进而出现爆管，应力控制以及运行优化是预防爆管关键技术之一，采用结构优化和支撑设计法，减少管壁应力集中的现象，适宜地配置膨胀节及柔性支撑装置，可以把管道热胀冷缩造成的应力集中区域有效分散开，数值模拟揭示出，支撑优化措施实施后，约 20% 的降幅出现在管壁最大应力上，有效削减应力腐蚀的潜在风险。

采用控制锅炉运行参数的方式，若如温度、压力与流动速率，减小热应力与机械应力对水冷壁累积起来的破坏，从实验中得到的数据显示，把水冷壁出口蒸汽温度从 650^∘ C 降至 620^∘ C，爆管几率减少了 15% ，杜绝负荷的剧烈震荡，维持稳定工况运转，能进一步缓解应力腐蚀爆管的潜在风险。

3.锅炉水冷壁防护技术改进与展望

3.1 智能化监测技术

依靠构建传感器网络及风险预测模型，可以实时针对水冷壁运行状态进行监控与解析，在锅炉水冷壁区域布放传感器节点，监测诸如温度、压力、应力和腐蚀速率之类的参数，形成一套密集的数据采集网络，传感器采集的数据借助无线传输模块传至云平台，实现远程管控及即时告警，当温度跟应力超出安全阈值范围，系统自行报警，紧接着触发应急处理程序。

依托历史监测数据跟实际运行参数，搭建锅炉水冷壁爆管风险预估模型，采用机器学习算法，诸如随机森林与深度神经网络，实施多变量监测数据的建模与分析，实时推断爆管发生的几率，采用卷积神经网络（CNN）分析锅炉的运行数据，能把故障检测灵敏度提高至 20% ，在事故发生前 7天实现准确预警，实际开展运行操作时，大数据分析平台可综合思索锅炉工况的改变状况，精准探知潜在的隐患，成功降低突发性爆管的风险水平。

结语：

作为火力发电锅炉运行的重大隐患，锅炉水冷壁爆管情况，其类型复杂纷杂，成因的机制彼此相异，采用优化材料挑选、应用涂层工艺、进行应力调控与智能化监测的手段，可有效防控不同类型的爆管难题，提升锅炉运行的安全可靠性，应继续开展智能监测和高效防护材料的科研探索，增强运行管理的科学及标准属性，为能进一步降低爆管事故频次，促成火力发电设备长期的稳定运行。

参考文献：

[1] 刘智航. 锅炉水冷壁管爆管原因研究[J]. 现代制造技术与装备，2024，60（07）：69-71.DOI：10.16107/j.cnki.mmte.2024.0426.