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过热器管

蒸气过热器

过热器又称蒸气过热器，一般安装在炉膛出口位置，它的作用是将锅筒中引出的饱和蒸气（一般含有2%的水分）在压力不变的条件下，再加热到规定的过热温度，以满足生产工艺的需要。

过热管道用钢
在锅炉内，过热器是重要的高温部件。过热器管子在运行时，外部受高温烟气的作用，内部则流通着高压蒸汽。过热器管的管壁温度（即金属温度）要比蒸汽温度高，而蒸汽管道的管壁温度（即金属温度）则可近似地看成与过热蒸汽温度相同。过热器管钢管金属都处在高温应力的条件下，即是在产生蠕变的条件下运行，对它们所用钢材性能的要求是由它们的运行条件和加工工艺要求决定的。具体的要求有：
必须指出，对于过热器管钢材提出的要求是综合性的，而且这些要求在某种程度上甚至是相互矛盾的。例如，要求过热器管金属的耐热性高和组织性质稳定性好，这一般是通过加入适量的合金元素和合适的热处理来实现，但是加入合金元素或增加合金元素含量则通常都会使钢的焊接性能随之变差。在这种情况下，则往往优先考虑主要的性能要求，如优先考虑它们的耐热性和组织性质稳定性的要求，而对于随之而宋的焊接性能变差则可采用一些工艺措施来补救，例如在焊接时采用预热和焊后热处理的措施等。 ·
过热器管和蒸汽管道用钢选择的主要依据是金属温度。
金属温度小于等于500℃的过热器管
过热器管的金属温度不超过500℃可以用20号优质碳素钢管作过热器管。在这一温度范围内，20号钢的强度能满足它们的强度要求，并且，20号钢在530℃温度以下具有满意的抗氧化性能，只有当金属温度超过530℃时，碳钢的抗氧化能力才开始迅速变差。
20号优质碳素钢的最突出的优点是具有良好的工艺性能，表现为焊接性能及冷加工工艺性能均好，且价格低廉。
20号优质碳素钢管通常在热轧后使用，即热轧后不再经过热处理（必要时，也可进行温度为900－930℃的常化处理），以热轧后空冷作为常化处理。钢管的原始组织是铁素体加块状珠光体，这样的组织在高温长期运行会发生珠光体的球化现象，并导致钢材的强度降低。20号钢在长期高温（470－480℃左右）的运行过程中还会产生石墨化。
金属温度小于等于550℃的过热器钢管
当过热器管的金属温度不超过550℃，可采用15CrMo钢。
15CrMo钢普遍用于蒸汽参数为510℃锅炉的高温段过热器管，也用于同参数的蒸汽管道。15CrMo钢12CrMo钢不同点是，在15CrMo钢中将铬含量由12CrMo的0.50%提高到1.0%左右，从而提高了钢的耐热性和高温抗氧化能力，使过热器管最高使用温度得以提高到550℃。15CrMo钢具有良好的焊接性能和冷加工性能，焊前一般需有150－250℃的预热，焊后亦需进行670-700℃回火以消除应力。
金属温度小于等于620℃的过热器钢管
当金属温度不超过620℃时，还可以采用一些珠光体耐热钢来作过热器管。近年来，由于珠光体耐热钢的发展，已使珠光体耐热钢的最高使用温度达到600－620℃。我国的这种珠光体耐热钢钢号为：12Cr2MoWVB(即钢102)和12Cr3MoVSiTiB。
其与温度下过热器管材料可查询参考资料。
过热器管道失效的原因
现有的研究成果表面，电站锅炉过热器管道失效的原因有很多。除管道长期过热外，受热面管也会因为高温腐蚀、高温氧化、焊接质量差和介质磨损等因素而失效。研究表明：在燃料中如果含有较多S及碱金属R（K、Na）时，壁温高于600℃的情况下，高温腐蚀的问题就会相当突出，腐蚀一般都是在有结灰或者结渣的管道壁面上发生的。
设计的缺陷
锅炉设计上的缺陷是过热器管道失效的根源，总会有一些管道在实际工作中壁温接近管子材料的允许工作温度，很容易造成管路过热。
一.热力计算结果不准确。热力计算不准确，其原因在于如何较合理的从理论计算上，能够确定炉膛的出口烟气温度。而且在确定过热器管道的传热系数方面也缺乏很多经验，致使管道的布置不够合理，从而造成了蒸汽温度较高或者受热管道超温。
二.设计时选用系数不合理。例如，某电厂采用的“W”型锅炉，就是因为采用了不恰当的传热系数，致使炉膛的实际出口烟气温度比设计温度高将近100℃。
三.炉膛设计尺寸不当。我国早期的一些大容量的电站锅炉，不仅在设计上缺乏选择炉膛尺寸的依据，而且在计算方法上也存在较多问题，因此设计的炉膛无法适应多种煤种。假如炉膛设计出的高度比较高，会使蒸汽温度降低。反之，炉膛所采用的高度较低则会引起过热器的温度偏高。
四.电站锅炉过热器系统的结构设计不恰当根据大量的研究发现，过热器的系统结构设计不合理是导致管路超温失效或者蒸汽温度与设计值不符的主要原因之一。其不合理性主要有以下3个方面。
五.材质选用不合理。在对过热器受热管道进行温度计算时，应使管道在最极端工况处的工作温度不会超过所使用材料的许用温度。但是在设计、计算的过程中，由于对以上几种偏差对管道的影响不能合理的考量，从而导致了计算所采用的温度比实际工作温度低，这样就会出现管道所用材质无法满足锅炉运行的需求的状况。
制造、安装和检修因素
制造、安装、检修中引起过热器管道爆管的因素主要是指，管内出现异物致使管道堵塞，或者流体流动不顺畅的情况导致受热管部分管段过热。而检修不当也会造成管道内异物堵塞的情况。比如在换管的过程中，割管工艺的不合理则是会造成堵塞物掉入直线管段，或者管座的焊接物掉落的情况，致使部分管段少流量或无流量。从实际工作中的情况来看，由于锅炉制造厂的工艺不合理、安装不合格或者检修的质量不达标等原因造成的管道超温爆管的事故也有很多，主要问题有以下几个方面。
1.焊接质量差。如某火力发电厂在用的一台锅炉，对爆管的部分进行换管和补焊处理，管子的接口处发生位移，致使管子在焊接完成后仍存在有较大的应力，从而降低了管道的强度，长期使用后又导致泄漏。
2.联箱中间隔板的焊接问题。在安装联箱中间隔板时，没有按照要求进行焊接，致使其中的的蒸汽短路，从而导致部分管段冷却不良产生爆管。
3.异种钢管的焊接问题。在锅炉过热器受热管中，管卡和夹板一般会采用奥氏体钢，也有管道使用奥氏体管从而提高安全系数。而在珠光体钢与奥氏体钢进行焊接时发生的受热面管道撕裂的事故，则是由于二者的膨胀系数存在较大的差值。
4.普通焊口质量问题。过热器系统管内流体在运行中的温度和压力都很高，此时就要求接口要有较高的焊接质量。但锅炉在实际的运行中，由于制造、安装和检修中的焊接借口的质量不达标而引起的管道爆漏事故有很多，造成的后果也很严重。
5.异物堵塞管路。电站锅炉在长时间的工作中会产生大量的锈蚀，但因为管径较小，很难彻底处理，致使管道内的锈蚀物脱落在管道底部的水平段，造成管壁过热而爆管。
运行调整不当引起爆管
电站锅炉运行中引起超温的因素有很多，主要有：
过热器管的监督
为了确保锅炉过热器管的安全运行，防止过热器的爆管事故，应对蒸汽温度≥450℃的锅炉过热器管进行定期的监督检验工作。
过热器管的金属监督检验工作主要有：
安装和检修换管时鉴定钢管钢种
过热器管在运行前安装时，或于检修换管时，应对钢管进行钢种鉴定。可用手提式光谱仪或化学滴定方法对钢管进行成分检查，以鉴定管子是否符合原设计的钢种要求，避免错用钢号。
不错用钢材是搞好金属监督工作的必要条件，也是清除因错用钢材而产生的事故的有力措施。
过热器管的管径胀粗测量
在锅炉过热器安装好后，在运行前对过热器管的原始管径作第一次测量，运行后每隔一定的运行时间，在停炉时定期进行管径的胀粗测量。
由于同一公称直径和壁厚的管子，有一定允许的公差。因此，管径和壁厚的大小不会是均匀一致的。所以，每一次测量的部位都应尽量保证一致，以免引入额外的误差。
过热器管的组织性质变化监督
有的高温高压火力发电厂模仿主蒸汽管道上设监督段的方法，也在过热器管上设置监督管段来监督过热器管钢材在高温运行过程中的组织性质变化。具体做法一般是在过热器管某一地段（通常为温度最高的地段），指定一段管子为监督段，定期切取管段进行组织性能检验，以获得较为系统的组织性质变化资料。
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