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摘要：油田湿蒸汽发生器在运行中由于各种原因易造成炉管腐蚀及损耗，影响炉管的使用寿命，在注汽生产中可能出现爆管事故，影响锅炉的安全平稳运行。本文结合孤东油田多年来的注汽经验对影响注汽炉管爆管的因素进行了全面系统地分析，通过采取针对性的措施，加强炉管的维护与运行管理，提高炉管的安全运行系数，确保了锅炉的经济、安全运行，进一步提高稠油热采的注汽质量。
主题词：湿蒸汽发生器 爆管 腐蚀
中图分类号：TJ45+7
1 湿蒸汽发生器的基本结构及工作流程
湿蒸汽发生器由本体设备和辅助设备组成。本体设备包括汽水系统、燃烧系统、炉壳和炉衬；辅助设备包括燃烧设备、电气系统、供水设备及附件等组成。它的工作流程是这样的：经过计量的水进入给水预热器，使给水温度提高到露点以上，以避免烟气中的硫酸蒸汽凝结在对流段的翅片管上造成低温腐蚀。经预热的水进入对流段，吸收约40%的热量，使水温升高，再次进入预热器损失一部分热量，水温有所下降，然后进入辐射段，吸收约60%的热量，达到设计压力下相对应的饱和温度，干度为80%的饱和蒸汽，经分离器送入注汽管网。
2 炉管爆管的影响因素分析及对策
2.1 发生器炉管材质不良或有严重缺陷
湿蒸汽发生器辐射段炉管必须采用锅炉用高压无缝钢管，它对材料的高温性能、晶粒度，内外壁脱碳，冲击值等都有明确的要求，不允许有白点和裂纹，并要求供货方进行100%无损探伤。进入制造厂后，还应做必要的复查，防止不同钢号的无缝炉管混用。万一混用以低代高，其锅炉无缝炉管的可焊性降低，高温性能差或韧性不足，强度无法保证，如果未进行无损探伤，管材存在的气孔、白点、疏松、分层及非金属夹杂物等缺陷，将影响发生器的安全运行。湿蒸汽发生器炉管常用的牌号主要是20G和15CrMo，执行GB5310和YB（T）32标准，制造过程及材料应符合《蒸汽锅炉安全技术监察规程》。
2.2 火焰偏烧
油田湿蒸汽发生器以原油作燃料，发热量大，燃烧效率高。如果燃烧器角度调整不合理，会出现偏心现象，会使局部炉管热量集中，致使受热面炉管金属温度升高，而其强度下降，这一部分材料处于屈服状态下就会发生鼓包。另外因过热变形的部位的金属壁温在800℃以上，发生脱碳，脱碳的结果使钢材的强度、硬度、疲劳极限提高，但塑性明显下降，钢材脆性增加，发生变形或鼓包时，如不及时发现处理或处理不当将导致炉管爆炸事故的发生。
2.3 炉管腐蚀
金属腐蚀，按其本质的不同分为化学腐蚀和电化学腐蚀。锅炉中的腐蚀一般都是电化学腐蚀。腐蚀，可能是整体的，也可能是局部的；可以是均匀的，也可以是不均匀的。因此锅炉炉管的腐蚀有的地方比另一些地方快一些或快的多，而形成局部凹坑。影响炉管腐蚀主要是溶解氧含量与PH值：
2.3.1 溶解氧的腐蚀
溶解氧是引起锅炉金属发生电化学腐蚀的一个重要原因，水中溶解氧含量越多，金属腐蚀越严重。其腐蚀原理是铁的电极电位总比氧的电极电位低，所以在铁、氧腐蚀电池中，铁是阳极，遭到腐蚀，反应式：Fe→Fe2++2e
氧为阴极，进行还原，反应式：O2+2H2O+4e→4OH-
炉管遭到腐蚀所产生的产物，在溶液中会进一步和水中某些物质发生反应，称为二次过程，造成的产物称为二次产物。其过程为：
Fe2++2OH→Fe（OH）2
4Fe（OH）2+2H2O+O2→4Fe（OH）3
Fe（OH）2+2Fe（OH）3→Fe3O4+4H2O
一旦在炉管表面形成一点腐蚀，就不能阻止其继续腐蚀，随着腐蚀不断扩大，腐蚀所带来的二次产物不断增加，腐蚀越深。
2.3.2 PH值
水的PH值是对金属腐蚀速度影响很大，当PH值小于4时，PH值越低，腐蚀速度越大，这主要是有H+充分去极化所引起的。而且不能形成保护膜，这时多数情况下受到均匀腐蚀；当PH在中性点附近时，腐蚀速度随PH值的变化很小；当PH值大于8时，随PH增大，腐蚀速度降低，因为OH-浓度增加时，在铁的表面会形成保护膜。
2.4 烟气冲刷
湿蒸汽发生器在燃烧过程中，因烟气的流动会对炉管表面产生冲刷而造成磨损。当燃烧参数不匹配或燃料含杂质过多时，将加剧烟气对炉管表面的冲刷。因为当油压、油温、雾化等燃烧参数发生波动时，导致燃料在炉内不完全燃烧，易产生灰垢、焦状颗粒，这些物质随着烟气的流动，加剧炉管表面的磨损力度，导致炉管厚度的损失。同时燃料中所含有的杂质，在燃烧中随烟气冲刷炉管表面，降低炉管管壁平均厚度。
2.5 发生器运行参数调整不合理
发生器的给水量/燃料消耗量（即火焰大小）/风量三者参数调节不合理，如火量大、给水量小，将使辐射段炉管长期处于高温状态，工作温度为357℃时炉膛的火焰温度在1000～1200℃之间，很容易造成辐射段金属壁过热及热疲劳，炉管长期在这种高温工作的过程中，会使钢材的金相组织不断发生变化，这种变化也导致性能的改变，最终发生爆管。
2.6 给水硬度高
给水硬度高，炉管很快结垢，则传热性变差，燃料燃烧的热量不能迅速地传递给炉水，致使炉膛和烟气的温度进一步升高。故受热面两侧的温差增大，炉管的温度升高，时间一长因超温而爆管。
2.7 起停炉操作不规范
发生器的点火程序分为：准备-前吹扫-保持-引燃-主火焰-运行-后吹扫，当主火焰被点燃先用小火燃烧，检查各配套工件状态正常后，正式将炉子并到自动状态。发生器需要正常停炉时，停炉程序是：将发生器从大火调到中火-小火狀态，直至全部关闭，同时发生器风机、水泵继续运行，其风量大小与泵排量大小也应根据发生器缓慢冷却来定，发生器经4～5h冷却之后方可打开人孔门自然通风，同时，发生器出口介质温度也应缓慢冷却，到80℃时，保持一段时间后可将炉管内的水放掉。如果停炉，直接关闭火源，将造成各部件温度不均炉管发生损坏，严重时造成焊口开裂。
3 认识与建议
（1）严格按操作程序进行操作，避免人为因素引起事故的发生；
（2）严格控制水质指标，确保能够在达标的情况下使用，以尽可能地减少炉管的腐蚀。控制溶解氧的含量至少低于0.01mg/L，尽量减少给水硬度，减少水中碳酸盐的含量，通过添加NaOH将用水PH值调整到7.5-8.3之间，降低炉管腐蚀速度 。
（3）加强锅炉燃烧参数的跟踪采集与锅炉燃烧火焰的监测力度，及时调整燃烧器的角度，确保湿蒸汽发生器运行参数匹配良好，避免不完全燃烧与偏烧现象的发生，确保锅炉在良好状态下工作。
（4）定期地做好锅炉清灰、测厚工作，并将油嘴、旋风板拆下来，用柴油进行清洗，清除其中的杂物，确保燃烧状态良好。
（5）做好燃料过滤器保养工作，定期对过滤器进行清理，确保燃料供给清洁、连续，降低燃料杂质含量。
（6）加强湿蒸汽发生器停机时炉管的保养湿蒸汽发生器停用期间发生的腐蚀，不仅直接引起金属的腐蚀，而且会造成再运行时腐蚀的隐患。因为停用中被腐蚀后，氧化铁大量增加，当锅炉再运行时，氧化铁成为运行时氧的代用品，又参加到阴极反应的过程中去。随着湿蒸汽发生器运行和停用的交替，腐蚀也随之发生了恶性循环。因此，在湿蒸汽发生器停运时，应采用干法保养或气体保养。
参考文献
[1] 许振清等 油田专用湿蒸汽发生器炉管爆管原因分析 《腐蚀与防护》 2005 第1期
主题词：湿蒸汽发生器 爆管 腐蚀
中图分类号：TJ45+7
1 湿蒸汽发生器的基本结构及工作流程
湿蒸汽发生器由本体设备和辅助设备组成。本体设备包括汽水系统、燃烧系统、炉壳和炉衬；辅助设备包括燃烧设备、电气系统、供水设备及附件等组成。它的工作流程是这样的：经过计量的水进入给水预热器，使给水温度提高到露点以上，以避免烟气中的硫酸蒸汽凝结在对流段的翅片管上造成低温腐蚀。经预热的水进入对流段，吸收约40%的热量，使水温升高，再次进入预热器损失一部分热量，水温有所下降，然后进入辐射段，吸收约60%的热量，达到设计压力下相对应的饱和温度，干度为80%的饱和蒸汽，经分离器送入注汽管网。
2 炉管爆管的影响因素分析及对策
2.1 发生器炉管材质不良或有严重缺陷
湿蒸汽发生器辐射段炉管必须采用锅炉用高压无缝钢管，它对材料的高温性能、晶粒度，内外壁脱碳，冲击值等都有明确的要求，不允许有白点和裂纹，并要求供货方进行100%无损探伤。进入制造厂后，还应做必要的复查，防止不同钢号的无缝炉管混用。万一混用以低代高，其锅炉无缝炉管的可焊性降低，高温性能差或韧性不足，强度无法保证，如果未进行无损探伤，管材存在的气孔、白点、疏松、分层及非金属夹杂物等缺陷，将影响发生器的安全运行。湿蒸汽发生器炉管常用的牌号主要是20G和15CrMo，执行GB5310和YB（T）32标准，制造过程及材料应符合《蒸汽锅炉安全技术监察规程》。
2.2 火焰偏烧
油田湿蒸汽发生器以原油作燃料，发热量大，燃烧效率高。如果燃烧器角度调整不合理，会出现偏心现象，会使局部炉管热量集中，致使受热面炉管金属温度升高，而其强度下降，这一部分材料处于屈服状态下就会发生鼓包。另外因过热变形的部位的金属壁温在800℃以上，发生脱碳，脱碳的结果使钢材的强度、硬度、疲劳极限提高，但塑性明显下降，钢材脆性增加，发生变形或鼓包时，如不及时发现处理或处理不当将导致炉管爆炸事故的发生。
2.3 炉管腐蚀
金属腐蚀，按其本质的不同分为化学腐蚀和电化学腐蚀。锅炉中的腐蚀一般都是电化学腐蚀。腐蚀，可能是整体的，也可能是局部的；可以是均匀的，也可以是不均匀的。因此锅炉炉管的腐蚀有的地方比另一些地方快一些或快的多，而形成局部凹坑。影响炉管腐蚀主要是溶解氧含量与PH值：
2.3.1 溶解氧的腐蚀
溶解氧是引起锅炉金属发生电化学腐蚀的一个重要原因，水中溶解氧含量越多，金属腐蚀越严重。其腐蚀原理是铁的电极电位总比氧的电极电位低，所以在铁、氧腐蚀电池中，铁是阳极，遭到腐蚀，反应式：Fe→Fe2++2e
氧为阴极，进行还原，反应式：O2+2H2O+4e→4OH-
炉管遭到腐蚀所产生的产物，在溶液中会进一步和水中某些物质发生反应，称为二次过程，造成的产物称为二次产物。其过程为：
Fe2++2OH→Fe（OH）2
4Fe（OH）2+2H2O+O2→4Fe（OH）3
Fe（OH）2+2Fe（OH）3→Fe3O4+4H2O
一旦在炉管表面形成一点腐蚀，就不能阻止其继续腐蚀，随着腐蚀不断扩大，腐蚀所带来的二次产物不断增加，腐蚀越深。
2.3.2 PH值
水的PH值是对金属腐蚀速度影响很大，当PH值小于4时，PH值越低，腐蚀速度越大，这主要是有H+充分去极化所引起的。而且不能形成保护膜，这时多数情况下受到均匀腐蚀；当PH在中性点附近时，腐蚀速度随PH值的变化很小；当PH值大于8时，随PH增大，腐蚀速度降低，因为OH-浓度增加时，在铁的表面会形成保护膜。
2.4 烟气冲刷
湿蒸汽发生器在燃烧过程中，因烟气的流动会对炉管表面产生冲刷而造成磨损。当燃烧参数不匹配或燃料含杂质过多时，将加剧烟气对炉管表面的冲刷。因为当油压、油温、雾化等燃烧参数发生波动时，导致燃料在炉内不完全燃烧，易产生灰垢、焦状颗粒，这些物质随着烟气的流动，加剧炉管表面的磨损力度，导致炉管厚度的损失。同时燃料中所含有的杂质，在燃烧中随烟气冲刷炉管表面，降低炉管管壁平均厚度。
2.5 发生器运行参数调整不合理
发生器的给水量/燃料消耗量（即火焰大小）/风量三者参数调节不合理，如火量大、给水量小，将使辐射段炉管长期处于高温状态，工作温度为357℃时炉膛的火焰温度在1000～1200℃之间，很容易造成辐射段金属壁过热及热疲劳，炉管长期在这种高温工作的过程中，会使钢材的金相组织不断发生变化，这种变化也导致性能的改变，最终发生爆管。
2.6 给水硬度高
给水硬度高，炉管很快结垢，则传热性变差，燃料燃烧的热量不能迅速地传递给炉水，致使炉膛和烟气的温度进一步升高。故受热面两侧的温差增大，炉管的温度升高，时间一长因超温而爆管。
2.7 起停炉操作不规范
发生器的点火程序分为：准备-前吹扫-保持-引燃-主火焰-运行-后吹扫，当主火焰被点燃先用小火燃烧，检查各配套工件状态正常后，正式将炉子并到自动状态。发生器需要正常停炉时，停炉程序是：将发生器从大火调到中火-小火狀态，直至全部关闭，同时发生器风机、水泵继续运行，其风量大小与泵排量大小也应根据发生器缓慢冷却来定，发生器经4～5h冷却之后方可打开人孔门自然通风，同时，发生器出口介质温度也应缓慢冷却，到80℃时，保持一段时间后可将炉管内的水放掉。如果停炉，直接关闭火源，将造成各部件温度不均炉管发生损坏，严重时造成焊口开裂。
3 认识与建议
（1）严格按操作程序进行操作，避免人为因素引起事故的发生；
（2）严格控制水质指标，确保能够在达标的情况下使用，以尽可能地减少炉管的腐蚀。控制溶解氧的含量至少低于0.01mg/L，尽量减少给水硬度，减少水中碳酸盐的含量，通过添加NaOH将用水PH值调整到7.5-8.3之间，降低炉管腐蚀速度 。
（3）加强锅炉燃烧参数的跟踪采集与锅炉燃烧火焰的监测力度，及时调整燃烧器的角度，确保湿蒸汽发生器运行参数匹配良好，避免不完全燃烧与偏烧现象的发生，确保锅炉在良好状态下工作。
（4）定期地做好锅炉清灰、测厚工作，并将油嘴、旋风板拆下来，用柴油进行清洗，清除其中的杂物，确保燃烧状态良好。
（5）做好燃料过滤器保养工作，定期对过滤器进行清理，确保燃料供给清洁、连续，降低燃料杂质含量。
（6）加强湿蒸汽发生器停机时炉管的保养湿蒸汽发生器停用期间发生的腐蚀，不仅直接引起金属的腐蚀，而且会造成再运行时腐蚀的隐患。因为停用中被腐蚀后，氧化铁大量增加，当锅炉再运行时，氧化铁成为运行时氧的代用品，又参加到阴极反应的过程中去。随着湿蒸汽发生器运行和停用的交替，腐蚀也随之发生了恶性循环。因此，在湿蒸汽发生器停运时，应采用干法保养或气体保养。
参考文献
[1] 许振清等 油田专用湿蒸汽发生器炉管爆管原因分析 《腐蚀与防护》 2005 第1期