摘要：通过分析辐射管性能指标的影响因素和影响辐射管寿命的主要因素，研究出相应措施及要求进行管理和维护，提高辐射管的使用寿命。
关键词：W型辐射管；寿命；烟气负压
前言：
邯宝连退线加热炉由DREVER公司设计，辐射管使用的是非对称W型辐射管，安装数量为378套，交错安装在加热区域两侧。辐射管直径200mm，厚度8mm，总长度3411mm，第一根管、第一个弯头和第二个管材质25Cr35Ni，其余25Cr20Ni。燃烧介质为混合煤气，采用鼓-抽式燃烧形式，助燃空气经同流换热器预热后进入辐射管。W型辐射管具有有效加热面积大、燃料利用率高、控制和操作相对较为容易等优点，需要的燃烧器少，相应管道设计简单[1]，因此在大型的带钢连续热处理炉上应用最多。2015年邯宝连退线发现共计有19根辐射管存在问题，占总数5%多，累计更换量已经接近50%。
1辐射管失效的影响
辐射管失效影响加热炉加热效率和炉内气氛，进而影响加热炉加热能力和产品退火质量。辐射管的失效形式主要有变形和破裂两种。辐射管变形会影响热辐射加热均匀性，不利于带钢均匀受热及退火处理质量；辐射管破裂的破坏作用较大，主要对炉压控制和炉内露点控制影响较大。一般情况下，会造成炉膛内的HNX保护气体源源不断地被排烟风机抽出排放，造成炉压降低，为保证炉压正常，系统将进行补压，为此会增加NH保护气体的流量，消耗更多的能源[2]。由于烟气管道破损等原因导致部分辐射管内出现正压现象，露点较高的烟气及部分助燃空气会进入炉内，从而导致炉内露点升高破坏炉内还原气氛造成不良后果。
2W型辐射管的失效原因分析
有文献研究认为，辐射管失效的主要原因是在使用过程中燃烧气氛和燃烧形式的不良造成辐射管内存在以下化学反应，导致辐射管的机械性能降低。1、渗碳反应、使辐射管变脆，抗蠕变能力降低[2]；2、渗氮反应[2]，使辐射管变脆，抗热能力降低；3、氧化反应，文献[2]对辐射管（材质MORE1）开裂处内管壁沉积着的腐蚀产物化学成份进行了分析。认为辐射管开裂处内管壁的表面沉积着较多的腐蚀产物，对腐蚀产物的组分进行分析，主要为Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3等。以上化验结果表明辐射管内表面主要为氧化腐蚀产物，辐射管内呈氧化性。氧化层剥落在辐射管底部，不利于热量“辐射”，热量聚集，辐射管受高温腐蚀开裂。氧化反应减薄消弱了辐射管的强度，而组织劣化导致辐射管抗热蠕变性能降低，长期服役后发生严重的蠕变变形[5]，造成辐射管失效。文献[3]分析了（材质Cr28Ni48w5）辐射管断裂处的化学成份和显微组织，对辐射管失效的原因归结于局部高温导致材料抗蠕变性能的降低导致。
一般情况下，辐射管受到燃气高温影响，必然产生热膨胀，由于四根直管的膨胀长度及受热温度不同，热膨胀后产生内应力，内应力与管间的连接杆相互作用，导致抗蠕变性最小处即辐射管薄弱（特别是直管与弯管）的焊口处和温差较大处出现变形和破裂，辐射管常见的破裂处即在第一根直管和弯管焊口处。
3辐射管主要性能
辐射管的性能是以管内燃烧热效率、管壁温度分布均匀性以及烟气中NOx排放量为主要评价指标的，此外同流换热器的换热效率、烟气排放温度以及二次气体通入量等也是重要的指标，各项性能指标改善和优化，国内外有很多学者从各个方面进行了研究和探索，其核心目的就是提高加热效率和延长辐射管寿命。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4提高辐射管寿命的主要措施
4.1根据燃烧质量，优化空燃比
邯宝连退线的空燃比设定是以某华白指数的气体为标准根据热值变化给以一定系数的修正，与通过负载设定对应的残余氧含量设定换算后的空气值及烧嘴数量修正系数的乘积得出，由控制器控制风机流量给定空燃比，亦即空燃比与煤气热值、负载和可燃烧嘴数量直接相关。
有研究表明，烟气中过剩氧含量在3.8%—4.2%时，此时燃烧温度最高且废气中残留的CO值少，燃烧的热效率最高[4]。空燃比不佳时，当氧含量过剩较多时，空气压力流量大，风速快，加大了燃气的混合强度，燃烧速度快，造成局部温度高。若混合强度太大，则混合时间太短，火焰短，辐射管表面温度的分布就会不均匀，并且多余的空气带走大量的热量，加热效率较低；当过剩氧含量不足时，会造成CO燃烧不充分燃烧效率低，多余的CO在烟气管道中燃烧，进而导致废气温度高，对换热器的使用寿命造成不利影响，还会造成预热空气温度高，增加了NOx的产生。若混合强度过低，则混合时间长，火焰过长，结果烟气出口处煤气未燃尽，甚至有火焰窜出辐射管的排气口，降低了辐射管的热效率。由于空燃比例不合适，不仅会造成欠燃烧或者过燃烧导致过量的空气带走部分热量降低热效率，而且由于燃烧气氛的异常会加速辐射管内各种氧化腐蚀等反应，降低了辐射管的抗蠕变能力，对辐射管的寿命造成较大的影响。对于稳定的燃烧系统，在辐射管额定负载下，应对每一个辐射管加热系统进行烟气过剩氧含量优化调节，一般是在最大负载时按照烟气4%的过剩氧含量来调节空气和煤气流量，保证燃烧后烟气的排放成份。
4.2加强状态检测，确保燃烧系统附件正常
燃烧系统的主要是由燃烧器、换热器和辐射管三部分组成的，燃烧器和换热器任何一个子系统出现故障都会对辐射管的整体寿命产生影响，燃烧器主要由点火烧嘴和配风盘组成，配风盘作用是使空气产生沿管壁方向的湍流，增大空气和燃气的混合区域，减小混合速度，延长火焰长度，配风盘由于环形缝隙比较狭窄容易造成阻塞，对燃烧速度影响较大，应及时检查定期维护；换热器主要是利用烟气余热对助燃空气预热来提高余热回收，换热器破损后对助燃空气通入量、二次气卷入量、辐射管内负压值均有影响，当燃烧器或换热器出现故障后，会破坏辐射管内正常的燃烧状态，影响辐射管使用寿命和降低加热效率。在实际生产过程中，应加强燃烧系统的各个附件的工作状态以及烟气成份的检测，及时发现问题，减少隐患。
4.3加强点检维护，保证可燃烧嘴数量
由于空燃比的设定值是与着火烧嘴数量成正比例关系，因此，在一个区域中，可用烧嘴中，不能点燃的烧嘴对空燃比的影响比较大，燃烧系统中，燃烧器烧嘴的火焰由烧嘴点火控制器控制，由于火焰及安全阀原因经常导致点火系统关闭，处于高温冷却状态的辐射管空气预热后进入辐射管形成氧化环境，不仅降低了加热效率，对辐射管的寿命也是不利的。因此，加强点检维护及时处理出现故障的点火系统，对提高辐射管寿命有一定的帮助。
4.4保证排烟系统负压正常
对于推拉式燃烧系统，辐射管内的负压对于延长火焰长度有一定的影响，对辐射管最高温度有影响，当辐射管热负荷提高时，由于负荷增大，煤气和助燃空气量增大，或空气预热温度高时，应增加辐射管的排烟抽力，保证管壁温度分布均匀，避免管子局部高温，影响管子的使用寿命，另外保证足够的负压可以减少接触型NOX产生和减少破损的辐射管对炉内气氛的干扰破坏炉内气氛。
结束语：
通过分析辐射管性能指标的影响因素，找到了影响辐射管寿命的主要因素，在实际生产中，按照以上解决措施及要求进行管理和维护，有效地提高了辐射管使用寿命，对提高产品的质量和经济效益有较大的帮助。
参考文献：
[1]于海冷轧连续退火机组中辐射管加热炉设计与调试探讨[J].《科技创新导报》，2011年NO15
[2]尹林王明提高辐射管的使用寿命[J]《四川冶金》2011年4月第33卷第2期
[3]祝志超等退火炉辐射管破裂失效分析《金属热处理》第36卷增刊2011年9月
[4]范超连续退火炉辐射管的燃烧调整[J].《工业技术》2014年第36期
论文作者:1刘增伦,2魏嘉俊
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/15
标签：烟气论文; 换热器论文; 空气论文; 寿命论文; 管壁论文; 管内论文; 助燃论文; 《基层建设》2018年第30期论文;