2016年度上海并網發電廠發電鍋爐“四管”泄漏統計及案例分析

陳 捷，陸 云

(1.上海外高橋發電廠有限責任公司，上海 200245；2.國網上海市電力公司 電力科學研究院，上海 200437)

發電技術

2016年度上海并網發電廠發電鍋爐“四管”泄漏統計及案例分析

陳 捷1，陸 云2

(1.上海外高橋發電廠有限責任公司，上海 200245；2.國網上海市電力公司 電力科學研究院，上海 200437)

匯總了上海電網2016年度發電鍋爐“四管”泄漏統計數據，列舉各發電廠泄漏的典型案例，結合歷年發電鍋爐“四管”泄漏次數和原因進行比較。就目前上海地區電網發電機組“四管”與其他設備泄漏的現狀，如何減少和避免鍋爐設備爆泄次數、消除安全隱患、確保鍋爐安全運行提出一些建議。

發電廠；鍋爐；“四管”泄漏統計

上海并網發電廠在機組大、小修中都非常重視對發電廠鍋爐的防磨、防爆檢查，結合發電鍋爐防磨防爆和定期檢驗，對檢查發現的薄弱環節和缺陷隱患進行認真處理和做好防范措施，有效地避免和減少了鍋爐“四管”爆泄的發生[1-3]。機組在正常運行時，金屬專業通常是“四管”(過熱器管、再熱器管、省煤器管、水冷壁管)泄漏導致機組停機。截至2016年底，上海地區并網電廠共有900 MW級以上機組6臺，600 MW機組6臺，300 MW級機組16臺，燃氣輪機機組20臺，其他小機組19臺，總裝機容量約19 500 MW，全年平均爆泄率總體上達到了監督目標管理的要求(≤2次/臺·年)。本文重點對上海地區電網發電機組“四管”與其他設備泄漏的現狀進行分析，并提出相應措施。

1 “四管”泄漏典型案例分析

1.1 12號爐級過熱器泄漏

2016年1月23日12:30分，某300 MW電廠運行發現爐12給水量大于蒸汽流量70 t左右(查sis系統，當時機組負荷232 MW/15.9 MPa)，就地檢查發現50.6 m處(9樓半)有較大的泄漏聲，降壓運行(機組負荷約163 MW/10.73 MPa)，匯值長，聯系爐修確認泄漏。23日15:00左右，鍋爐檢修部加熱面班檢修人員以及部門有關人員對爐12爐管泄漏進行確認，根據聲音和位置判斷可能是爐12末級過熱器發生泄漏。 1月25日12:30分左右，爐12停爐(停爐前機組負荷132 MW/7.9 MPa)。

1月27日10:00分左右，鍋爐檢修部和金屬試驗室組織人員進入爐膛內檢查，發現末級過熱器管(鍋爐51.6 m高度)B數第八排至第十三排直管段存在較大面積的吹損，部分已貫穿泄漏。1月28日18 ：00時共更換B數第8至第13排管屏中的管子數量共55根。

12號爐末級過熱器管排材質為12Cr2MoWVTiB(鋼102)，規格為Φ51 mm×7 mm，自12號爐1991年投產運行至今未更換。55根被更換管子均無明顯漲粗跡象，其中52根管子明顯有吹損減薄痕跡或減薄后造成的爆口。

另外3根管子的爆口形貌則完全不同，分別是B數12排第6根、10排第8根、9排第7根。此3根管子的共同特性為：均無明顯漲粗跡象；爆口均為線條狀，方向一致，端部均存在長度不等的裂紋；漏點位置高度基本一致，均在51.6 m左右處。

依據現場檢查比對，基本可以確定此3處即為此次末級過熱器爆管事件的初始泄漏點。1月23日發生泄漏后，機組繼續運行至1月25日，過熱蒸汽泄漏量逐步增大，管屏吹損范圍也進一步擴大。

金相檢查：金屬試驗室對初始泄漏點B數第10排第8根進行取樣分析，金相取樣位置為遠離初始泄漏點約400 mm處(A點，無吹損痕跡)和靠近初始泄漏點約80 mm 處(B點，有吹損痕跡)，試樣經制備后置于PME3金相顯微鏡下放大200倍觀察,比對結果顯示兩處基本無太大差異，末級過熱器管(鋼102)貝氏體形貌基本消失，碳化物數量眾多，且較多顆粒聚集長大成為一體，并向晶界聚攏。實驗室泄漏管子宏觀照如圖1所示。泄漏點金相圖片如圖2所示。

圖1 實驗室泄漏管子宏觀照

圖2 泄漏點金相圖片

依據《火力發電廠金屬技術監督規程》DL/T 438—2009附錄C對C點和D點進行硬度檢測，檢測部位硬度值分別為170～176和168～175 HB。檢測結論為處于控制范圍的下限值。

通過以上金相和硬度檢測，12號機組經近20萬h運行后，末級過熱器管(鋼102)材質老化嚴重，各項性能指標下降，具有沿晶開裂傾向。

內壁剖面檢查：將B數第10排第8根初始泄漏點處剖開，內壁檢查發現裂紋形態明顯，呈縱向直線分布，長度約40 mm。

經以上試驗和分析，12號爐末級過熱器管排管子泄漏和爆管的主要原因如下：

(1)12號爐末級過熱器B數12排第6根、10排第8根、9排第7根為本次末級過熱器爆管事件的初始泄漏點。

(2)1月23日發生泄漏后，機組繼續運行至1月25日，過熱蒸汽泄漏量逐步增大，管屏吹損范圍也造成進一步擴大。

(3)12號爐末級過熱器管排管子投運時間長，材質老化嚴重是主要原因。

(4)SIS系統圖上顯示的3次超溫現象誘發了材質老化管子加速沿晶界開裂。

應對措施：

(1)根據管子受損情況，對泄漏和吹損嚴重管子(包括減薄破口和壁厚<5.5 mm)進行更換。

(2)本次搶修更換管子較多(共55根)，必須進行水壓試驗，并加強防磨防爆檢查。

(3)運行人員必須規范操作，避免超溫情況的發生。

(4)按照2016年的年度計劃，必須盡快落實末級過熱器管子的壽命評估工作。

(5)12號爐投運時間長，末級過熱器管子材料老化嚴重，在條件允許情況下應對其進行改造。

1.2 7號爐水冷壁泄漏

2016年7月15日16:30左右，某超超臨界1 000 MW 7號機組爐爐管報警，檢修進廠定位，初步判斷1號角89 m處發生泄漏，初步判斷管子與鰭片焊接處泄漏。此時關注機組凝補水量，未發生較大波動。

根據安排，次日凌晨機組負荷下降至40%，給水壓力下降至11 Mpa左右，流量降至1 000 t/h左右，堵漏公司進廠2:30左右進行帶壓堵漏，進行捻縫消漏處理。處理過程，爐內蒸汽泄漏聲響較大，右墻第二根有爆口現象，判斷蒸汽向內泄漏，立即暫停帶壓堵漏措施。

隨即在管側兩邊鰭片進行開口，插入不銹鋼板處理，防止進一步擴大泄漏。為保障機組安全運行，現采取措施如下：

(1)增加不銹鋼防吹損板，防止泄漏點吹損相鄰管材，見圖3。

圖3 7號爐水冷壁現場示意圖

(2)由于為水冷壁垂直管段發生泄漏，發現泄漏為7號爐1號角89 m處。焊縫處理過程中，水冷壁內漏嚴重，不排除二級過熱器或二級再熱器發現泄漏現場。發電部與市調協商，本周機組負荷較低，建議調停消缺。隨即接報，7:05調度許可停機，9:32發電機解列。

搶修情況：

(1)根據現場情況，制定《7號機組水冷壁消漏方案》，計劃本次水冷壁堵漏預計工作時間：根據計劃停爐，待爐膛溫度冷卻至40℃，預計需48 h，進行水冷壁消漏措施，對發生爆管及減預計完工需29 h，其中維修24 h，靜壓上水3 h，爐內捉漏2 h。

(2) 實際搶修情況時，共發現右墻2根泄漏管(右1，右2)，減薄1根(右3)；前墻2根泄漏管(前2，前3)，減薄4根，共計更換水冷壁管9根。二級過熱器和二級再熱器管排沒有發泄吹損泄漏現場。(現場割管見圖4、圖5)

原因分析：

(1)通過宏觀檢查，未發現明顯表面裂紋。根據爆口形態，前2管爆口成型小，周圍吹損形變嚴重，前3、右1、右2爆口成型大，周圍吹損均為減薄扁平形態。故分析，前2為源發爆口，蒸汽泄漏后，吹損前3管壁，導致其爆管，隨即吹損右墻管壁，導致部分管壁吹損減薄及爆管現場發生。

(2)通過對爆管及嚴重減薄管進行拍片檢查，發現前2管爆口處，在其管壁母材上發現裂紋(見圖6、圖7)其他管材未發現明顯裂紋。

(3)綜合所述，前2管為源發爆管。此處鰭片與管材焊接為上鍋廠原始電氣包角焊，發生焊接未融合現場幾率低，并且此處水冷壁為垂直段，水動力較好，應力變化小。故初步判斷為，母材本身因材質、運行周期等原因，產生裂紋，最終導致爆管現象。

事件反措：(1)完善水冷壁應急預案，對各個受熱面、換熱面發生爆管，制定針對性搶修方案，保證搶修時效；(2)對水冷壁垂直段，加強磁粉檢查，避免事件發生。

圖4 7號爐水冷壁爆管圖紙

圖5 7號爐水冷壁割管

圖6 7號爐水冷壁爆管裂紋

圖7 7號爐水冷壁爆管現場

1.3 21號爐高溫省煤器樁頭管泄漏

2016年8月26日，某燃機電廠21號爐高壓省煤器南至北第二排由西至東第12根省煤器上集箱與省煤器管焊接焊口下部破口泄漏，泄漏管子規格Φ38×2.5 mm，材質SA-210-C。爆口呈圓形，大小約5×5，破口周邊壁厚約1 mm，相鄰管道及集箱無損壞。

原因分析：局部沖刷所致，經檢測沖刷致薄區域厚度約1 mm，破口邊緣厚度 0.4 mm，未沖刷區域厚度2.5左右，且管壁內部可見有明顯類似汽蝕氣孔，見圖8、圖9。

圖8 21號爐高省樁頭管座泄漏

圖9 高省樁頭管座現場割管

(1)高壓省煤器聯箱接管出現的幾次泄漏有共性。

(2)泄漏點均發生在集箱封頭側的兩端處。

(3)泄漏接管彎管呈現不均勻減薄現象，且彎管外弧面減薄量更甚。

(4)彎管內壁尤其是外弧側的宏觀形貌為一種魚鱗狀的沖蝕態，而直管部分未有未有或少有此現象。

(5)送檢的省煤器管試樣金相組織初步分析結果為鐵素體+珠光體，球化級別2級，組織正常，材質合格；基于上述材質分析結果和宏觀形貌，可以初步認為泄漏主因在于管內介質沖蝕。

通過與鄰近燃機電廠交流發現，該問題均有發生，有的燃機電廠該問題更突出，處理方式也基本一致，更換損壞接管。針對電廠出現的余熱鍋爐高壓省煤器聯箱接管泄漏問題處理方案為：

(1)結合試樣失效分析最終結果，進一步明確失效最終原因，為徹底解決好該隱患提供真實有效依據。

(2)2016年11號機組C修期間結合金屬監督項目，對余熱鍋爐高壓省煤器、蒸發器進行聯箱接管割管抽查，以確認目前高壓省煤器聯箱接管目前狀況。

(3)目前處理方案，結合每次停爐，進行水壓試驗來查驗受熱面狀態，一旦遇到漏點，進行局部更換爐管。

(4)2017年檢修時進行大面積更換爐管。

1.4 1號鍋爐屏式過熱器泄漏

2016年9月8日10：05，某燃煤電廠鍋爐作業區點檢在對1號鍋爐區域檢查過程中聽見異常聲音，經確認為9樓鍋爐爐管泄漏。匯報廠部后，由電廠向上海市電力公司提出1號機組緊急停機、搶修申請，市調批復搶修時間為9月8日16：00～9月12日8：00。1號機組于12：00開始停機操作，于13：55發電機組解列。9月9日15：00～16：00 進入爐內檢查爐管泄漏情況，檢查確認 泄漏爐管為鍋爐3次過熱器第6屏爐管，最內圈夾管，材質為TP347H/10CrMo910異種鋼，尺寸48.3*8，斷裂管道被蒸汽吹動，甩起約20 m長的管道，打擊到后續二再、三再、四過受熱面，并打擊到頂棚受熱面。遂安排緊急采購相關爐管和彎管制作和現場搶修。搶修于9月15晚結束，9月16日8:36鍋爐點火，于20:11發電機并網發電。

泄漏爐管為鍋爐三次過熱器第6屏爐管，最內圈夾管，材質為TP347H/10CrMo910異種鋼，尺寸48.3×8，斷裂管道被蒸汽吹動，甩起約20 m長的管道，打擊到后續二再、三再、四過受熱面，并打擊到頂棚受熱面。因此受熱面損傷范圍廣，檢查工作量大，初步確認為爐管短時超溫破裂，破裂的管子在巨大的蒸汽能量的推動下掃到后續周邊受熱面管使之損傷。

從破裂爐管現狀分析如下：

(1)這是典型的爐管短時超溫過熱現象，即管內蒸汽冷卻作用受阻或減少，導致爐管金屬材料溫度短時間內急劇提升，超過該材質的許用溫度而使其耐壓強度急劇下降，在內壓下鼓包破裂。

(2)從破裂管子內壁檢查分析，管內壁殘留氧化皮垢，說明壽命爐管經年運行，其內壁逐漸形成氧化皮垢，其易在鍋爐多次冷熱態起停過程中逐漸脫落，易匯集到管屏管底部彎頭處造成阻塞或阻礙蒸汽流動冷卻而使傳熱停滯。

暴露問題：(1)過熱器管內壁氧化皮垢量發展缺乏有效監測；(2)鍋爐啟動過程需要優化改進，如增加放汽頻次。

糾正整改措施或建議：(1)對爆裂的中間彎管與直管進行了更換處理；(2)對二次再熱器爐左數第7屏11、12根損傷管道進行打磨堆焊處理；(3)對爐左數第41、42根爐頂過熱器進行打磨堆焊處理；(4)對爐左數第10根彎曲變形的后水冷壁懸吊管進行加熱矯正處理；(5)四次過熱器14、15、16屏沖刷部位加強后期觀察。

2 “四管”泄漏統計次數及原因比較

2016年度上海地區并網電廠“四管”泄漏和承壓部件泄漏共發生34次，其中900 MW以上機組發生1次，600 MW機組發生1次，300 MW以上機組發生14次，125 MW機組以下發生18次。

2015年度上海地區并網電廠“四管”泄漏和承壓部件泄漏共發生20次，其中900 MW以上機組發生1次，600 MW機組發生2次，300 MW以上機組發生5次，125 MW機組以下發生12次。

2016年度上海地區涉網電廠共發生“四管”和承壓部件泄漏34次，其中水冷壁泄漏發生5次，省煤器泄漏發生6次，過熱器泄漏發生12次，再熱器泄漏發生2次，其他部件發生泄漏1次。

2015年度上海地區涉網電廠共發生“四管”和承壓部件泄漏20次，其中水冷壁泄漏發生7次，省煤器泄漏發生6次，過熱器泄漏發生3次，再熱器泄漏發生0次，其他部件發生泄漏4次。

2016年度上海地區涉網電廠共發生“四管”泄漏34次，其中由于原材料缺陷原因泄漏發生3次，由于焊接質量原因泄漏發生2次，由于磨損減薄原因泄漏發生15次，由于短時過熱原因泄漏發生3次，由于長時超溫原因泄漏發生1次，由于設計原因泄漏發生8次，由于其他原因(包括鰭片拉裂、材質老化等)泄漏發生2次。

2015年度上海地區涉網電廠共發生“四管”泄漏20次，其中由于原材料缺陷原因泄漏發生4次，由于焊接質量原因泄漏發生4次，由于磨損減薄原因泄漏發生4次，由于短時過熱原因泄漏發生1次，由于長時超溫原因泄漏發生1次，由于設計原因泄漏發生1次，由于其他原因(包括疲勞裂紋、材質老化等)泄漏發生5次。

3 降低“四管”泄漏次數應對措施

3.1 加強運行管理，做好運行調整，控制煙氣流速

煙氣的流速對受熱面的影響很大，因此運行調整首先要控制好煙氣流速?？刂茻煔饬魉賾阱仩t燃燒和傳熱的前提下，盡可能的降低水平煙道處過量空氣，控制好爐膛負壓，及時調整風量，保證送風和引風的均衡。減少煙氣中的飛灰含量也可以從經濟角度考慮提高煙氣流速。煙氣中飛灰含量降低后可以很大程度上減少受熱面的磨損。隨著電廠摻燒煤技術的應用，調整煤比參配或制粉系統可以減輕煙氣中的飛灰量，如采用較細的煤粉細度，降低飛灰的撞擊動能，壓制火焰高度，使飛灰能夠以焦渣的形式沉入爐膛底部的撈渣機中等。

在運行調整中還應嚴格控制管壁溫度，減少和杜絕超溫現象的出現。及時調整減溫水量，減少管子特別是過熱器管子的介質短路現象，減少火焰燒偏或貼壁，都可以減少超溫的出現。超溫大部分出現過熱器部位。

過熱器超溫同鍋爐負荷有關系，鍋爐負荷增加，過熱器溫度也隨著升高；還與過量空氣系數有關，過量空氣增加，煙氣流速增大，對流傳熱加劇，導致過熱器溫度升高；給水溫度升高，過熱器溫度也隨著升高；受熱面結焦，過熱器溫度也隨著升高等，對于再熱器同樣存在上面的問題。運行調整是一個綜合性的調整過程，不僅要調整好減溫水量控制蒸汽溫度，同時要調整好燃燒穩定、及時吹灰保持受熱面干凈、控制好煙氣流速和過量空氣系數、根據燃煤的特性合理選擇燃燒方式和調整燃燒角度等。

3.2 加強焊接管理及原材料監督

從事故統計中可以看出，安裝焊接缺陷是威脅電廠主設備安全運行的隱患之一。因此，各電廠要吸取教訓，把焊接管理放在首位，一方面重點抓好焊工培訓與上崗前的焊接工藝評定工作。另一方面要要嚴格焊接檢驗制度，切實加強焊工自檢，技術人員專檢及無損檢測人員檢測的工序制度。

在機組運行正常運行中也存在因在機組安裝時錯用鋼材而引起的泄漏事故。因此領購的合金材料及零部件在使用前，必須進行100%光譜分析，嚴防鋼材錯用。對高溫緊固件備品，使用前進行了100%硬度復查和100%超聲檢測。

3.3 加強加強檢修和基建施工管理

按照相關規定和考核辦法，加強文明施工管理和考核，加強施工人員素質教育，做到工完料清。杜絕生產垃圾落入鍋爐四管、聯箱內。減少因異物堵塞造成的鍋爐“四管”短期過熱破壞。

3.4 加強受熱面的監視、檢查和治理的力度

利用每次檢修和停爐機會對受熱面進行檢查和冶理，做到逢停必檢。加大受熱面的防磨防爆檢查和投入。加強對尾部低溫過熱器、低溫再熱器、包覆過熱器等檢查的力度。對在檢查中發現變形的管排應及時進行調整，防止煙氣走廊的形成，使煙速均勻；對燒損、脫落的護瓦進行重新安裝；針對煤質灰份大、尾部易磨損現象，應超前防范、控制風險，對彎頭及其它磨損嚴重的部位采取必要的防磨措施如安裝護瓦、噴涂耐磨涂料等來減少磨損破壞。

3.5 做好“四管”泄漏事故失效分析工作

要求電廠對四管爆漏事故要如實記錄爆漏前的運行工況及處理措施。認真分析每一起“四管”爆漏事故，查明原因，明確責任，以便吸取教訓，采取相應的改進措施。

4 結語

“四管”泄漏是對發電鍋爐來說是一個永恒的主題，是經常性的工作，杜絕四管泄漏也是很難實現的，只有對泄漏進行根據原因的防治和預防。做好運行調整是防止四管泄漏的措施，運行調整主要從防止超溫、防止煙氣流速過大、防止火焰燒偏、防止結焦等方面著手。受熱面的防磨是從外部治理，在其他條件不能滿足時采用防磨可以減緩磨損進度。根據電廠的實際情況合理選擇防磨型式，可以從經濟和效益方面綜合考慮。提高各級人員的責任心是防止四管泄漏的關鍵。鍋爐自安裝以后其許多設備是難于更改的，只有結合現有設備的特點做好設備改進，及時消除設備缺陷才能保證鍋爐設備的安全可靠穩定運行，真正實現穩發多供的電廠生產宗旨，從而確保電網的安全。

[1] 陸云，李駒.2016年度上海并網電廠金屬技術監督總結[R].華東電力試驗研究院有限公司， 2017.

[2]竇懷武.鍋爐四管泄露原因分析及處理[R].國電靖遠發電有限公司，2010.

[3]胡安.鍋爐“四管”泄露原因淺析[R].哈爾濱鍋爐廠有限責任公司,2012.

(本文編輯：楊林青)

Statistics and Case Analysis of Shanghai Grid Plant Power Boiler Four-Tube Leakages in 2016

CHEN Jie1，LU Yun2

(1. Shanghai Waigaoqiao Power Generation Co., Ltd.，Shanghai 200245, China；2. State Grid Electric Power Research Institute, SMEPC, Shanghai 200437, China)

This paper summarizes the statistical data of four-tube leakages of power plant boiler in Shanghai grid, enumerates the typical leakage cases in power plants, and compares with the previous four-tube leakage rate and reasons. In view of the current situation of the four-tube leakages and other equipment leakages of the generating units in Shanghai grid, some suggestions are proposed as to how to reduce and avoid the boiler equipment explosion venting rate, eliminate security risks and ensure the safe operation of the boiler.

power plant; boiler; four-tube leakage statistics

10.11973/dlyny201702017

陳 捷(1975—)，男，工程師，從事發電企業金屬技術管理工作。

TM621

B

2095-1256(2017)02-0170-06

2017-02-06