余熱鍋爐過熱器管壁溫度異常升高的故障排查與處理

在工業節能減排的關鍵環節中，余熱鍋爐作為回收工業生產余熱的核心設備，對降低企業運營成本、實現綠色生產具有重要意義。其中，過熱器作為將飽和蒸汽轉化為過熱蒸汽的核心組件，其運行狀態直接影響整個系統的能效與安全。一旦過熱器管壁溫度出現異常升高，不僅會大幅降低設備運行效率，更可能引發一系列嚴重的安全事故。本文將結合典型工程案例，系統闡述過熱器管壁溫度異常升高的故障排查與處理方法，為工業從業者提供實用技術參考。

一、故障現象與潛在危害

某大型石化企業的余熱鍋爐在運行期間，DCS 系統頻繁觸發高溫報警，顯示過熱器出口段管壁溫度持續突破設計限值，最高達到 580℃（設計值為 540℃）。與此同時，操作人員監測到蒸汽側壓降顯著增大，過熱蒸汽溫度出現劇烈波動。停機檢修后發現，管排局部氧化皮厚度達 0.3mm（正常應＜0.1mm），部分管段甚至出現蠕變脹粗現象。

這種異常溫升若未及時處理，將帶來多重嚴重后果：從材料性能層面，鋼材在高溫環境下，每超溫 10℃，其持久強度壽命將縮短一半，加速管材老化；在蒸汽系統方面，氧化加劇會導致汽輪機葉片結垢，大幅降低機組效率；最嚴重的情況下，可能引發受熱面爆管，造成非計劃停機，據估算，單次事故直接經濟損失可達 200 萬元以上。

二、系統性故障排查流程

為精準定位故障根源，我們采用“五維診斷法”，從煙氣側、蒸汽側、結構設計、運行參數、檢測技術五個維度展開全面排查。

（一）煙氣側傳熱性能診斷

1. 積灰結渣機制分析

通過紅外熱成像檢測發現，高溫段管排背火面與迎風面溫差高達 35℃（正常＜15℃），初步判定存在積灰問題。進一步進行吹灰效果驗證，聲波吹灰后煙氣壓降瞬時下降 120Pa，但 48 小時內又恢復原狀，表明不僅存在積灰，還伴有熔融態結渣現象。

針對這一問題，采取“聲波 + 蒸汽” 復合吹灰技術，將蒸汽壓力提升至 1.2MPa，吹灰頻次調整為每 2 小時 1 次；同時，在管排表面噴涂納米陶瓷抗結渣涂層，使灰熔點降低 30℃，有效延緩了結渣進程。

2. 煙氣流場均勻性優化

使用皮托管實測入口煙氣流速，發現流速不均度達 22%（設計要求＜10%），局部高速區流速高達 28m/s。借助 CFD 仿真技術驗證，確定是導流板角度偏差 15°，導致煙氣偏流，進而引發局部磨損與熱負荷集中。

為此，加裝可調式導流格柵，將流速不均度成功控制在 8% 以內；在高溫區管排增設 5mm 壁厚防磨套管，顯著提升管排抗沖刷能力。

（二）蒸汽側流動特性優化

1. 流量分配均衡性排查

對同組管排流量數據進行分析，發現流量差異達 18%（設計允許偏差 ±5%），低溫段單管流量僅 0.8t/h。通過內窺鏡檢查，發現投產時遺留的焊渣堵塞管徑達 30%，導致流量分配失衡。

解決方案為安裝流量平衡閥，動態調節管組壓差至＜0.05MPa；同時建立“通球試驗 + 內窺鏡” 雙重檢測機，從源頭上杜絕施工殘留隱患。

2. 蒸汽品質影響評估

水質分析報告顯示，蒸汽中鈉含量 15μg/kg（標準＜5μg/kg）、二氧化硅含量 20μg/kg（標準＜10μg/kg），存在鹽類沉積風險。垢樣成分檢測通過 X 射線衍射證實，管內壁存在 NaFe?(SO?)?復鹽結晶，表明發生酸性腐蝕。

治理措施包括將連續排污率提升至 0.8%，強化爐水凈化；增設冷凝水精處理裝置，嚴格控制蒸汽雜質含量。

（三）結構設計缺陷復核

1. 管材適應性驗證

金相組織分析顯示，管壁珠光體球化達 2.5 級（設計要求≤2 級），材料許用應力下降 12%。熱流密度仿真表明，原設計未充分考慮管排間距偏差，導致局部熱流密度超設計值 15%。

應對方案是將高溫段管材更換為 SA-213T91，許用溫度提升 80℃；同時優化管排間距至 75mm，使熱流均勻性提升 20%。

2. 支吊系統功能性檢測

監測發現管排實際膨脹量僅 18mm（設計值 25mm），檢查確定是導向支架卡澀導致位移受限。應力分析表明，膨脹受阻引發熱應力集中，進一步加劇管壁溫度異常。

改造措施為更換高溫合金鋼滑動支座，間隙調整至 3mm，確保管排自由膨脹；加裝膨脹節位移傳感器，實現異常變形實時預警。

（四）運行參數優化策略

1. 燃燒工況匹配性調整

煙氣成分分析顯示，過剩空氣系數達 1.35（設計值 1.2），導致排煙溫度升高 15℃。在 30% 低負荷運行時，煙溫波動幅度達 ±50℃，造成管壁溫度劇烈變化。

解決方案是投用燃燒自動控制系統，將過剩空氣系數精準控制在 1.15±0.05；增設省煤器旁路調節裝置，將低負荷煙溫波動控制在 ±20℃以內。

2. 智能吹灰系統升級

傳統定時吹灰方式導致壁溫驟降 80℃，產生較大熱應力沖擊。通過技術創新，采用集成壁溫、煙壓、負荷三參數的模糊控制算法，實現吹灰時序動態調整。優化后，吹灰頻次降低 30%，壁溫波動幅度收窄至 ±20℃。

（五）檢測技術體系升級

在檢測技術方面，構建了完善的在線與離線監測體系：

在線監測：部署光纖測溫傳感器（精度 ±1℃），實現 200 + 測點實時監控；安裝聲波式積灰厚度檢測儀（分辨率 0.5mm），實時預警積灰情況。

離線檢測：采用脈沖渦流技術快速篩查管壁減薄（最小檢測 0.2mm 壁厚損失）；建立超聲相控陣檢測數據庫，實現缺陷三維成像與量化分析。

三、分階段處理實施路徑

1. 緊急處置階段（24 小時內）

發現故障后，立即開展全系統內窺鏡檢查，清除管內異物及殘留焊渣；同時全面校驗溫度傳感器，更換誤差＞2% 的檢測元件，確保監測數據準確可靠。

2. 中期改造階段（15 天周期）

完成導流板角度修正及防磨套管加裝，優化煙氣流場；升級智能吹灰控制系統，實現吹灰策略智能化動態調整。

3. 長效預防機制

建立“壁溫 - 參數 - 檢修” 聯動模型，設定三級預警閾值（黃色 530℃、橙色 550℃、紅色 570℃）；實施年度材質監督計劃，定期開展硬度檢測、金相組織抽查及蠕變損傷評估，實現設備狀態長期有效監控。

四、經濟效益量化分析

某鋼鐵企業應用上述方案后，取得顯著經濟效益：

壁溫波動范圍從 ±50℃收窄至 ±15℃，熱應力損傷風險降低 70%；

年非計劃停機次數從 3 次降為 0 次，避免停機損失 600 萬元；

蒸汽產量提升 3%，年增蒸汽產值 200 萬元；

設備壽命周期從 8 年延長至 11 - 13 年。綜合計算，每年可實現節能增效與停機損失節約共計800 萬元。

五、結論與工程建議

過熱器管壁溫度異常升高是多因素耦合導致的復雜故障，排查時需遵循“煙汽雙側協同、結構運行兼顧”原則。建議工業企業：

構建設備全生命周期管理系統，集成設計參數、運行數據及檢修記錄；

推廣預測性維護技術，利用大數據分析實現材質劣化提前 6 - 12 個月預警；

在新建項目中采用數字化設計，通過虛擬仿真優化受熱面布置與流場設計。

通過系統化診斷與精準治理，可有效控制過熱器壁溫異常問題，為余熱鍋爐長周期安全經濟運行提供堅實技術保障，助力工業企業實現節能減排與降本增效的雙重目標。