過熱器管

在鍋爐內，過熱器是重要的高温部件。過熱器管子在運行時，外部受高温煙氣的作用，內部則流通着高壓蒸汽。過熱器管的管壁温度（即金屬温度）要比蒸汽温度高，而蒸汽管道的管壁温度（即金屬温度）則可近似地看成與過熱蒸汽温度相同。過熱器管鋼管金屬都處在高温應力的條件下，即是在產生蠕變的條件下運行，對它們所用鋼材性能的要求是由它們的運行條件和加工工藝要求決定的。具體的要求有：

必須指出，對於過熱器管鋼材提出的要求是綜合性的，而且這些要求在某種程度上甚至是相互矛盾的。例如，要求過熱器管金屬的耐熱性高和組織性質穩定性好，這一般是通過加入適量的合金元素和合適的熱處理來實現，但是加入合金元素或增加合金元素含量則通常都會使鋼的焊接性能隨之變差。在這種情況下，則往往優先考慮主要的性能要求，如優先考慮它們的耐熱性和組織性質穩定性的要求，而對於隨之而宋的焊接性能變差則可採用一些工藝措施來補救，例如在焊接時採用預熱和焊後熱處理的措施等。 ·

過熱器管和蒸汽管道用鋼選擇的主要依據是金屬温度。

過熱器管的金屬温度不超過500℃可以用20號優質碳素鋼管作過熱器管。在這一温度範圍內，20號鋼的強度能滿足它們的強度要求，並且，20號鋼在530℃温度以下具有滿意的抗氧化性能，只有當金屬温度超過530℃時，碳鋼的抗氧化能力才開始迅速變差。

20號優質碳素鋼的最突出的優點是具有良好的工藝性能，表現為焊接性能及冷加工工藝性能均好，且價格低廉。

20號優質碳素鋼管通常在熱軋後使用，即熱軋後不再經過熱處理（必要時，也可進行温度為900－930℃的常化處理），以熱軋後空冷作為常化處理。鋼管的原始組織是鐵素體加塊狀珠光體，這樣的組織在高温長期運行會發生珠光體的球化現象，並導致鋼材的強度降低。20號鋼在長期高温（470－480℃左右）的運行過程中還會產生石墨化。

當過熱器管的金屬温度不超過550℃，可採用15CrMo鋼。

15CrMo鋼普遍用於蒸汽參數為510℃鍋爐的高温段過熱器管，也用於同參數的蒸汽管道。15CrMo鋼12CrMo鋼不同點是，在15CrMo鋼中將鉻含量由12CrMo的0.50%提高到1.0%左右，從而提高了鋼的耐熱性和高温抗氧化能力，使過熱器管最高使用温度得以提高到550℃。15CrMo鋼具有良好的焊接性能和冷加工性能，焊前一般需有150－250℃的預熱，焊後亦需進行670-700℃回火以消除應力。

當金屬温度不超過620℃時，還可以採用一些珠光體耐熱鋼來作過熱器管。近年來，由於珠光體耐熱鋼的發展，已使珠光體耐熱鋼的最高使用温度達到600－620℃。我國的這種珠光體耐熱鋼鋼號為：12Cr₂MoWVB(即鋼102)和12Cr₃MoVSiTiB。 ^[1] 

其與温度下過熱器管材料可查詢參考資料。

現有的研究成果表面，電站鍋爐過熱器管道失效的原因有很多。除管道長期過熱外，受熱面管也會因為高温腐蝕、高温氧化、焊接質量差和介質磨損等因素而失效。研究表明：在燃料中如果含有較多S及鹼金屬R（K、Na）時，壁温高於600℃的情況下，高温腐蝕的問題就會相當突出，腐蝕一般都是在有結灰或者結渣的管道壁面上發生的。

鍋爐設計上的缺陷是過熱器管道失效的根源，總會有一些管道在實際工作中壁温接近管子材料的允許工作温度，很容易造成管路過熱。

一.熱力計算結果不準確。熱力計算不準確，其原因在於如何較合理的從理論計算上，能夠確定爐膛的出口煙氣温度。而且在確定過熱器管道的傳熱係數方面也缺乏很多經驗，致使管道的佈置不夠合理，從而造成了蒸汽温度較高或者受熱管道超温。

二.設計時選用係數不合理。例如，某電廠採用的“W”型鍋爐，就是因為採用了不恰當的傳熱係數，致使爐膛的實際出口煙氣温度比設計温度高將近100℃。

三.爐膛設計尺寸不當。我國早期的一些大容量的電站鍋爐，不僅在設計上缺乏選擇爐膛尺寸的依據，而且在計算方法上也存在較多問題，因此設計的爐膛無法適應多種煤種。假如爐膛設計出的高度比較高，會使蒸汽温度降低。反之，爐膛所採用的高度較低則會引起過熱器的温度偏高。

四.電站鍋爐過熱器系統的結構設計不恰當根據大量的研究發現，過熱器的系統結構設計不合理是導致管路超温失效或者蒸汽温度與設計值不符的主要原因之一。其不合理性主要有以下3個方面。

五.材質選用不合理。在對過熱器受熱管道進行温度計算時，應使管道在最極端工況處的工作温度不會超過所使用材料的許用温度。但是在設計、計算的過程中，由於對以上幾種偏差對管道的影響不能合理的考量，從而導致了計算所採用的温度比實際工作温度低，這樣就會出現管道所用材質無法滿足鍋爐運行的需求的狀況。

製造、安裝、檢修中引起過熱器管道爆管的因素主要是指，管內出現異物致使管道堵塞，或者流體流動不順暢的情況導致受熱管部分管段過熱。而檢修不當也會造成管道內異物堵塞的情況。比如在換管的過程中，割管工藝的不合理則是會造成堵塞物掉入直線管段，或者管座的焊接物掉落的情況，致使部分管段少流量或無流量。從實際工作中的情況來看，由於鍋爐製造廠的工藝不合理、安裝不合格或者檢修的質量不達標等原因造成的管道超温爆管的事故也有很多，主要問題有以下幾個方面。

1.焊接質量差。如某火力發電廠在用的一台鍋爐，對爆管的部分進行換管和補焊處理，管子的接口處發生位移，致使管子在焊接完成後仍存在有較大的應力，從而降低了管道的強度，長期使用後又導致泄漏。

2.聯箱中間隔板的焊接問題。在安裝聯箱中間隔板時，沒有按照要求進行焊接，致使其中的的蒸汽短路，從而導致部分管段冷卻不良產生爆管。

3.異種鋼管的焊接問題。在鍋爐過熱器受熱管中，管卡和夾板一般會採用奧氏體鋼，也有管道使用奧氏體管從而提高安全係數。而在珠光體鋼與奧氏體鋼進行焊接時發生的受熱面管道撕裂的事故，則是由於二者的膨脹係數存在較大的差值。

4.普通焊口質量問題。過熱器系統管內流體在運行中的温度和壓力都很高，此時就要求接口要有較高的焊接質量。但鍋爐在實際的運行中，由於製造、安裝和檢修中的焊接藉口的質量不達標而引起的管道爆漏事故有很多，造成的後果也很嚴重。

5.異物堵塞管路。電站鍋爐在長時間的工作中會產生大量的鏽蝕，但因為管徑較小，很難徹底處理，致使管道內的鏽蝕物脱落在管道底部的水平段，造成管壁過熱而爆管。

電站鍋爐運行中引起超温的因素有很多，主要有：

為了確保鍋爐過熱器管的安全運行，防止過熱器的爆管事故，應對蒸汽温度≥450℃的鍋爐過熱器管進行定期的監督檢驗工作。

過熱器管的金屬監督檢驗工作主要有：

過熱器管在運行前安裝時，或於檢修換管時，應對鋼管進行鋼種鑑定。可用手提式光譜儀或化學滴定方法對鋼管進行成分檢查，以鑑定管子是否符合原設計的鋼種要求，避免錯用鋼號。

不錯用鋼材是搞好金屬監督工作的必要條件，也是清除因錯用鋼材而產生的事故的有力措施。

在鍋爐過熱器安裝好後，在運行前對過熱器管的原始管徑作第一次測量，運行後每隔一定的運行時間，在停爐時定期進行管徑的脹粗測量。

由於同一公稱直徑和壁厚的管子，有一定允許的公差。因此，管徑和壁厚的大小不會是均勻一致的。所以，每一次測量的部位都應儘量保證一致，以免引入額外的誤差。

有的高温高壓火力發電廠模仿主蒸汽管道上設監督段的方法，也在過熱器管上設置監督管段來監督過熱器管鋼材在高温運行過程中的組織性質變化。具體做法一般是在過熱器管某一地段（通常為温度最高的地段），指定一段管子為監督段，定期切取管段進行組織性能檢驗，以獲得較為系統的組織性質變化資料。 ^[1]