在工業(yè)節(jié)能減排的關(guān)鍵環(huán)節(jié)中，余熱鍋爐作為回收工業(yè)生產(chǎn)余熱的核心設(shè)備，對(duì)降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本、實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)具有重要意義。其中，過熱器作為將飽和蒸汽轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽的核心組件，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響整個(gè)系統(tǒng)的能效與安全。一旦過熱器管壁溫度出現(xiàn)異常升高，不僅會(huì)大幅降低設(shè)備運(yùn)行效率，更可能引發(fā)一系列嚴(yán)重的安全事故。本文將結(jié)合典型工程案例，系統(tǒng)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(yè)從業(yè)者提供實(shí)用技術(shù)參考。

一、故障現(xiàn)象與潛在危害

某大型石化企業(yè)的余熱鍋爐在運(yùn)行期間，DCS 系統(tǒng)頻繁觸發(fā)高溫報(bào)警，顯示過熱器出口段管壁溫度持續(xù)突破設(shè)計(jì)限值，最高達(dá)到 580℃（設(shè)計(jì)值為 540℃）。與此同時(shí)，操作人員監(jiān)測(cè)到蒸汽側(cè)壓降顯著增大，過熱蒸汽溫度出現(xiàn)劇烈波動(dòng)。停機(jī)檢修后發(fā)現(xiàn)，管排局部氧化皮厚度達(dá) 0.3mm（正常應(yīng)＜0.1mm），部分管段甚至出現(xiàn)蠕變脹粗現(xiàn)象。

這種異常溫升若未及時(shí)處理，將帶來(lái)多重嚴(yán)重后果：從材料性能層面，鋼材在高溫環(huán)境下，每超溫 10℃，其持久強(qiáng)度壽命將縮短一半，加速管材老化；在蒸汽系統(tǒng)方面，氧化加劇會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)葉片結(jié)垢，大幅降低機(jī)組效率；最嚴(yán)重的情況下，可能引發(fā)受熱面爆管，造成非計(jì)劃停機(jī)，據(jù)估算，單次事故直接經(jīng)濟(jì)損失可達(dá) 200 萬(wàn)元以上。

二、系統(tǒng)性故障排查流程

為精準(zhǔn)定位故障根源，我們采用“五維診斷法”，從煙氣側(cè)、蒸汽側(cè)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)行參數(shù)、檢測(cè)技術(shù)五個(gè)維度展開全面排查。

（一）煙氣側(cè)傳熱性能診斷

1. 積灰結(jié)渣機(jī)制分析

通過紅外熱成像檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，高溫段管排背火面與迎風(fēng)面溫差高達(dá) 35℃（正常＜15℃），初步判定存在積灰問題。進(jìn)一步進(jìn)行吹灰效果驗(yàn)證，聲波吹灰后煙氣壓降瞬時(shí)下降 120Pa，但 48 小時(shí)內(nèi)又恢復(fù)原狀，表明不僅存在積灰，還伴有熔融態(tài)結(jié)渣現(xiàn)象。

針對(duì)這一問題，采取“聲波 + 蒸汽” 復(fù)合吹灰技術(shù)，將蒸汽壓力提升至 1.2MPa，吹灰頻次調(diào)整為每 2 小時(shí) 1 次；同時(shí)，在管排表面噴涂納米陶瓷抗結(jié)渣涂層，使灰熔點(diǎn)降低 30℃，有效延緩了結(jié)渣進(jìn)程。

2. 煙氣流場(chǎng)均勻性優(yōu)化

使用皮托管實(shí)測(cè)入口煙氣流速，發(fā)現(xiàn)流速不均度達(dá) 22%（設(shè)計(jì)要求＜10%），局部高速區(qū)流速高達(dá) 28m/s。借助 CFD 仿真技術(shù)驗(yàn)證，確定是導(dǎo)流板角度偏差 15°，導(dǎo)致煙氣偏流，進(jìn)而引發(fā)局部磨損與熱負(fù)荷集中。

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

（二）蒸汽側(cè)流動(dòng)特性優(yōu)化

1. 流量分配均衡性排查

對(duì)同組管排流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)流量差異達(dá) 18%（設(shè)計(jì)允許偏差 ±5%），低溫段單管流量?jī)H 0.8t/h。通過內(nèi)窺鏡檢查，發(fā)現(xiàn)投產(chǎn)時(shí)遺留的焊渣堵塞管徑達(dá) 30%，導(dǎo)致流量分配失衡。

解決方案為安裝流量平衡閥，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)管組壓差至＜0.05MPa；同時(shí)建立“通球試驗(yàn) + 內(nèi)窺鏡” 雙重檢測(cè)機(jī)，從源頭上杜絕施工殘留隱患。

2. 蒸汽品質(zhì)影響評(píng)估

水質(zhì)分析報(bào)告顯示，蒸汽中鈉含量 15μg/kg（標(biāo)準(zhǔn)＜5μg/kg）、二氧化硅含量 20μg/kg（標(biāo)準(zhǔn)＜10μg/kg），存在鹽類沉積風(fēng)險(xiǎn)。垢樣成分檢測(cè)通過 X 射線衍射證實(shí)，管內(nèi)壁存在 NaFe?(SO?)?復(fù)鹽結(jié)晶，表明發(fā)生酸性腐蝕。

治理措施包括將連續(xù)排污率提升至 0.8%，強(qiáng)化爐水凈化；增設(shè)冷凝水精處理裝置，嚴(yán)格控制蒸汽雜質(zhì)含量。

（三）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷復(fù)核

1. 管材適應(yīng)性驗(yàn)證

金相組織分析顯示，管壁珠光體球化達(dá) 2.5 級(jí)（設(shè)計(jì)要求≤2 級(jí)），材料許用應(yīng)力下降 12%。熱流密度仿真表明，原設(shè)計(jì)未充分考慮管排間距偏差，導(dǎo)致局部熱流密度超設(shè)計(jì)值 15%。

應(yīng)對(duì)方案是將高溫段管材更換為 SA-213T91，許用溫度提升 80℃；同時(shí)優(yōu)化管排間距至 75mm，使熱流均勻性提升 20%。

2. 支吊系統(tǒng)功能性檢測(cè)

監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)管排實(shí)際膨脹量?jī)H 18mm（設(shè)計(jì)值 25mm），檢查確定是導(dǎo)向支架卡澀導(dǎo)致位移受限。應(yīng)力分析表明，膨脹受阻引發(fā)熱應(yīng)力集中，進(jìn)一步加劇管壁溫度異常。

改造措施為更換高溫合金鋼滑動(dòng)支座，間隙調(diào)整至 3mm，確保管排自由膨脹；加裝膨脹節(jié)位移傳感器，實(shí)現(xiàn)異常變形實(shí)時(shí)預(yù)警。

（四）運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化策略

1. 燃燒工況匹配性調(diào)整

煙氣成分分析顯示，過?？諝庀禂?shù)達(dá) 1.35（設(shè)計(jì)值 1.2），導(dǎo)致排煙溫度升高 15℃。在 30% 低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，煙溫波動(dòng)幅度達(dá) ±50℃，造成管壁溫度劇烈變化。

解決方案是投用燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)，將過?？諝庀禂?shù)精準(zhǔn)控制在 1.15±0.05；增設(shè)省煤器旁路調(diào)節(jié)裝置，將低負(fù)荷煙溫波動(dòng)控制在 ±20℃以內(nèi)。

2. 智能吹灰系統(tǒng)升級(jí)

傳統(tǒng)定時(shí)吹灰方式導(dǎo)致壁溫驟降 80℃，產(chǎn)生較大熱應(yīng)力沖擊。通過技術(shù)創(chuàng)新，采用集成壁溫、煙壓、負(fù)荷三參數(shù)的模糊控制算法，實(shí)現(xiàn)吹灰時(shí)序動(dòng)態(tài)調(diào)整。優(yōu)化后，吹灰頻次降低 30%，壁溫波動(dòng)幅度收窄至 ±20℃。

（五）檢測(cè)技術(shù)體系升級(jí)

在檢測(cè)技術(shù)方面，構(gòu)建了完善的在線與離線監(jiān)測(cè)體系：

在線監(jiān)測(cè)：部署光纖測(cè)溫傳感器（精度 ±1℃），實(shí)現(xiàn) 200 + 測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控；安裝聲波式積灰厚度檢測(cè)儀（分辨率 0.5mm），實(shí)時(shí)預(yù)警積灰情況。

離線檢測(cè)：采用脈沖渦流技術(shù)快速篩查管壁減薄（最小檢測(cè) 0.2mm 壁厚損失）；建立超聲相控陣檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)缺陷三維成像與量化分析。

三、分階段處理實(shí)施路徑

1. 緊急處置階段（24 小時(shí)內(nèi)）

發(fā)現(xiàn)故障后，立即開展全系統(tǒng)內(nèi)窺鏡檢查，清除管內(nèi)異物及殘留焊渣；同時(shí)全面校驗(yàn)溫度傳感器，更換誤差＞2% 的檢測(cè)元件，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

2. 中期改造階段（15 天周期）

完成導(dǎo)流板角度修正及防磨套管加裝，優(yōu)化煙氣流場(chǎng)；升級(jí)智能吹灰控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)吹灰策略智能化動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3. 長(zhǎng)效預(yù)防機(jī)制

建立“壁溫 - 參數(shù) - 檢修” 聯(lián)動(dòng)模型，設(shè)定三級(jí)預(yù)警閾值（黃色 530℃、橙色 550℃、紅色 570℃）；實(shí)施年度材質(zhì)監(jiān)督計(jì)劃，定期開展硬度檢測(cè)、金相組織抽查及蠕變損傷評(píng)估，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)長(zhǎng)期有效監(jiān)控。

四、經(jīng)濟(jì)效益量化分析

某鋼鐵企業(yè)應(yīng)用上述方案后，取得顯著經(jīng)濟(jì)效益：

壁溫波動(dòng)范圍從 ±50℃收窄至 ±15℃，熱應(yīng)力損傷風(fēng)險(xiǎn)降低 70%；

年非計(jì)劃停機(jī)次數(shù)從 3 次降為 0 次，避免停機(jī)損失 600 萬(wàn)元；

蒸汽產(chǎn)量提升 3%，年增蒸汽產(chǎn)值 200 萬(wàn)元；

設(shè)備壽命周期從 8 年延長(zhǎng)至 11 - 13 年。綜合計(jì)算，每年可實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效與停機(jī)損失節(jié)約共計(jì)800 萬(wàn)元。

五、結(jié)論與工程建議

過熱器管壁溫度異常升高是多因素耦合導(dǎo)致的復(fù)雜故障，排查時(shí)需遵循“煙汽雙側(cè)協(xié)同、結(jié)構(gòu)運(yùn)行兼顧”原則。建議工業(yè)企業(yè)：

構(gòu)建設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)，集成設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)及檢修記錄；

推廣預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)，利用大數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)材質(zhì)劣化提前 6 - 12 個(gè)月預(yù)警；

在新建項(xiàng)目中采用數(shù)字化設(shè)計(jì)，通過虛擬仿真優(yōu)化受熱面布置與流場(chǎng)設(shè)計(jì)。

通過系統(tǒng)化診斷與精準(zhǔn)治理，可有效控制過熱器壁溫異常問題，為余熱鍋爐長(zhǎng)周期安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)技術(shù)保障，助力工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與降本增效的雙重目標(biāo)。