锅炉四管泄露原因分析及相应对策

锅炉“四管”泄漏原因分析及相应对策

胡兰海 河北衡丰发电有限责任公司

摘 要：就衡丰发电有限责任公司锅炉历次“四管”泄漏情况进行统计和原因分析，介绍了为防止锅炉“四管” 泄漏所采取的管理及技术措施。

关键词：“四管”泄漏；原因分析；相应对策

1 概 述

锅炉水冷壁、过热器、再热器和省煤器（简称锅炉“四管”）泄漏约占火力发电厂锅炉设备事故的45％～65％，因此，减少锅炉“四管” 泄漏次数，降低锅炉强迫停运时间，是提高锅炉运行可靠性和经济性的关键因素。

衡丰发电有限责任公司2×300MW机组，分别于1995年12月、1996年12月投产。锅炉均为北京巴威公司生产的B&WB---1025/18.3---M型亚临界、中间再热、自然循环、平衡通风、固态排渣煤粉锅炉，采用中间贮仓制热风送粉、前后墙对冲燃烧方式，设计煤种为山西阳泉无烟未煤加晋中贫瘦煤。

我公司锅炉“四管”泄漏情况（截止2005年10月底）：#1锅炉共发生“四管”泄漏15次：1996年3次、1997年3次、1998年3次、1999年1次、2000年3次、2002年1次、2004年1次；#2锅炉共发生“四管”泄漏5次：1997年1次、2000年4次。根据历次泄漏情况，结合泄漏的技术原因，进行汇总列表如下： 设备名称

省煤器

过热器

水冷壁

再热器

合计

飞灰磨损

焊接质量不良

疲劳、组织变化及蠕胀

材质不良

技术原因

（如存在多种原因，则

重复统计） 超温（过热）

腐蚀

机械磨损

其它

合计 1 4 0 1 24 4.17 16.67 0 4.17 100 膨胀受阻 泄漏次数(次) 0 7 5 8 20 1 8 0 7 2 所占比例（%） 0 35 25 40 100 4.17 33.33 0 29.17 8.33

2 原因分析

2.1 飞灰磨损

影响飞灰磨损的因素很多，它们之间的关系可用下式表达：

32 T=Cημωτ g/m

2式中：T—管壁表面单位面积磨损量g/m；

C—考虑飞灰磨损性的系数；

η—飞灰撞击管壁的机会率；

2μ—烟所中飞灰浓度g/m；

ω—飞灰速度，可近似认为烟气流速m/s；

τ—时间h。

飞灰磨损的机理是携带有灰粒和未完全燃烧燃料颗粒的高速烟气通过受热面时，粒子对受热面的每次撞击都会剥离掉极微量的金属，从而逐渐使受热面管壁变薄。烟速越高、飞灰浓度越大受热面的磨损越加剧。飞灰磨损速度取决于灰粒成份（主要是SiO2）、灰量、灰粒的动能及飞灰浓度。金属磨损量与烟气流速的三次方成正比，锅炉运行中对烟气流速的控制可以有效地减轻飞灰对受热面的磨损。我公司对烟气流速进行了标定，运行中重视燃烧调整工作，保持合理的过剩空气系数，避免不完全燃烧的发生；严格控制飞灰浓度，检修中注意梳理管排，避免产生烟气走廊，使飞灰对受损面的磨损降低，投产以来因飞灰磨损造成受热面泄漏的次数仅为1次。

2.2 焊接质量不良

由于焊接质量不良而造成泄漏8次，占泄漏总数的33.33%，是造成“四管”泄漏的主要原因之一。存在缺陷的制造焊口集中出现在集箱角焊缝的原始焊口；存在缺陷的安装焊口多发于应力集中的拼接部位；检修焊口焊接质量问题集中出现在高温再热器的12Cr2MoWVTiB 对接焊口部位。造成检修焊口焊接质量问题主要原因有：国产钢材材质性能较差；对接焊口如焊后进行热处理当回火至720℃时易产生再热裂纹；对于壁厚不大于6mm管径不大于63mm的管子焊口，如采用氩弧焊或低氢型焊条并采用焊前预热焊后适当缓冷的焊接工艺，可免作焊后热处理，但焊口残余应力较大，且集中于焊口的热影响区，形成裂纹的可能性会有所提高。

2.3 疲劳、组织变化及蠕胀

自投产以来，受热面尚未发生因为管子组织老化疲劳及蠕胀而发生的泄漏。这是因为我公司机组按基本负荷设计，较少参与调峰运行；锅炉吹灰采用蒸汽吹灰，吹灰介质蒸汽温度350℃，吹灰时受热面管壁温度变化不急剧，热冲击较小；运行人员在机组运行时严格控制运行参数，杜绝锅炉超温、超压运行，延长了受热面的使用寿命。但在历次检修的割管检查中发现炉管金相组织有趋于老化的趋势，应引起高度重视。

2.4 材质不良

因材质不良造成受热面泄漏7次，占到泄漏总数的29.17%，是造成受热面泄漏的另一个主要原因之一。究其原因有母材存在质量问题或材质较低使用。在2000年高温再热器的3次爆管和历次检修对受热面的防爆检查过程中，集中反映出国产12Cr2MoWVTiB钢管的抗氧化性、抗腐蚀性较差问题。

2.5 膨胀受阻

北京巴威公司在锅炉设计时充分考虑受热面管子工作温度和压力以及制造成本，受热面管子材质及规格变化较多，这样就不可避免地带来不同钢材膨胀系数不一、膨胀量不同的弊病，此情况在高温再热器垂直管组出口段的12Cr2MoWVTiB 与TP304H之间表现突出，1996年3月的#1锅炉高温再热器爆管就是因相邻管膨胀不均、管卡抑制膨胀造成。

1998年3月的#1锅炉屏式过热器夹管泄漏，爆口较大呈喇叭状且边缘明显减薄，是典型的由超温引起的“四管”泄漏。受热面过热后，管材金属温度超过允许使用的极限温度，发生内部组织变化，降低了许用应力，管子在内压力下产生塑性变形，使用寿命明显减少，最后导致超温爆破。

2.7 腐蚀

锅炉管子的腐蚀主要有氧腐蚀、垢下腐蚀、高温腐蚀和低温腐蚀。我公司锅炉投产前的化学清洗比较彻底，除氧器始终保持良好投运状态，严格控制炉炉水的PH值和含氧量，所以管子的氧腐蚀未见异常。因腐蚀造成“四管”泄漏4次，占泄漏总次数的16.67%，引起泄漏的腐蚀种类主要为垢下腐蚀，均集中表现在水冷壁的向火侧，在燃烧高温区标高部位的焊口附近表现尤为突出，主要原因是由于凝汽器铜管断裂，使给水中含有过量的Fe2O3、CuO、CaO、MgO、SiO2等盐份和氧，锅炉汽水品质恶化，造成垢下的局部腐蚀环境，管子传热恶化。两台炉的高温再热器也存在较为严重的高温腐蚀，我们在受热面防爆检查时将高温再热器的高温腐蚀作为重点检查内容，历次检修中高温再热器因高温腐蚀的原因换管数量较大，所以在运行中高温再热器没有因高温腐蚀原因发生泄漏。低温腐蚀主要发生在烟道尾部低温受热面，形成机理为燃煤中大部分硫燃烧后变为SO2、进一步氧化成SO3，当环境温度接近或低于酸露点和水蒸气凝结温度时，SO3在管壁附着生成硫酸，从而造成腐蚀。我公司锅炉在运行中严格控制过剩空气系数、暖风器运行正常、严格执行定期吹灰制度，低温腐蚀未见异常。

2.8 机械磨损

我公司受热面管子虽未因为机械磨损原因造成泄漏，但在2000年9月#2机组小修防爆检查中发现屏式过热器、二级过热器存在机械磨损现象，主要发生在屏式过热器和二级过热器的屏间夹持管与管子接触处，这是因为固定管屏的铸钢管卡以及夹持管与各管屏固定的铸钢U型管卡经长期高温变形或开焊，屏式过热器和二级过热器安装于锅炉燃烧室上方，运行时受炉膛烟气影响产生晃动，造成管子之间的机械磨损。

3 相应对策

3.1 水冷壁

针对水冷壁高温腐蚀问题：加强运行管理，合理调整燃烧配风，避免火焰中心偏移，防止贴壁燃烧，保持适当过剩空气系数，改善炉内空气动力工况，减少烟气的还原性气氛，坚持定期吹灰制度，严禁受热面超温运行。在历次检修中对存在高温腐蚀的区域进行金属（LX34）热喷涂，实践证明对避免水冷壁高温腐蚀收到了良好效果；针对水冷壁内壁垢下腐蚀问题：加强化学监督确保给水品质，防止凝汽器铜管泄漏，锅炉连排正常投运，确保炉水和蒸汽品质，稳定运行工况以防止局部汽水循环不良和超温。根据水冷壁结垢量并结合机组大修，#1、#2锅炉分别在2002年和2004年进行了锅炉酸洗；针对炉膛结焦问题：加强燃料管理确保入厂煤品质，合理进行燃煤配比保证入炉煤质接近设计值；运行中合理调整配风，保持合适炉膛负压；在2000年小修中，对燃烧器内二次风挡板进行改造，并对内、外二次风调风板进行调整标定；更换损坏的燃烧器均流装置；对卫燃带进行清理修复；为稳定燃烧消除炉底漏风，进行了炉底水封插板及密封水系统改造，彻底消除了炉底漏风，使火焰中心下移燃烧稳定，炉膛结焦情况基本消除，同时也减少了水冷壁、过热器、高温再热器的高温腐蚀。

3.2 省煤器

从历次锅炉检验和防爆检查情况分析，省煤器未见存在较大异常。针对省煤器采取了防磨盖板修复、弯头及易受烟气冲刷处加装防磨护板等措施，防止烟气磨损和形成烟气走廊。

加强运行管理，控制运行参数，严禁受热面超温运行。针对二级过热器和屏式过热器存在机械磨损问题，在检修中对存在机械磨损隐患的管卡进行割除，对磨损超标的管子进行更换，并在易受磨损处加装防磨护板；在1998年3月#1锅炉屏式过热器爆管抢修中，对屏过夹管材质进行变更，采用12Cr1MoV替代15CrMo；针对国产12Cr2MoWVTiB钢管性能差、组织老化问题，在历次检修换管时更换为进口12Cr2MoWVTiB管，并对过热器有组织老化部位进行割管检查，加强金属监督。

3.4 再热器

针对高温腐蚀温问题，我公司在1999年10月#1机组大修中，将高温再热器迎火面第一根进行了材质变更提高管材等级，以TP304H替代12Cr2MoWVTiB 减缓了高温腐蚀速度，提高了高温再热器的可靠性；针对高温再热器异种钢膨胀量不一，管子变形出排、乱排，增加了管子的飞灰磨损和高温腐蚀现象，在2000年9月#1机组小修中，将弯出管排的管子（集中表现在第7根、第9根上部TP304H与12Cr2MoWVTiB异种钢焊口段）割除，将第7根、第9根的TP304H管向下接长后加装手铐式管卡，使管子恢复进入管排，消除了设备隐患；鉴于高温再热器存在问题较多，为消除“四管”泄漏隐患，在1997年#1机组大修中将高温再热器原来子母扣式管卡全部改型为手铐式管卡；在2002年#1机组大修时，对高温再热器出口管组进行了改造，全部更换为SA213-T91钢材。

4 实际效果

衡丰发电有限责任公司高度重视防止锅炉“四管”泄漏工作，通过严格执行锅炉压力容器安全监察有关规定、加强金属监督和化学监督、控制入炉煤质、加强运行管理、成立受热面防磨防爆小组、落实防磨防爆责任制、加强焊工培训和焊接质量管理、控制锅炉“四管”检修质量、及时进行设备改造等一系列手段，锅炉“四管”泄漏情况得到有效控制，#1锅炉2001年和2004年未发生“四管”泄漏，#2锅炉自2000年9月至今5年时间，没有发生“四管”泄漏，为我公司安全生产和创建行业领先发电企业奠定了坚实的基础。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pmk1.html