循環流化床鍋爐受熱面泄漏原因分析及防范措施

摘 要： 通過對循環流化床鍋爐各類泄漏事件進行經驗總結，制定切實可行的防范措施，不斷提高發電廠設備管理水平。

關鍵詞：循環流化床鍋爐 受熱面 泄漏

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）05-0248-02

電站鍋爐的關鍵部件就是受熱面，受熱面泄漏是困擾電站鍋爐穩定經濟運行的頑疾，特別是循環流化床鍋爐，由于其獨特的燃燒環境（較之煤粉爐更粗的燃料粒徑與更高的運行速度），受熱面泄漏問題就顯得更加突出。對受熱面泄漏原因進行認真分析，并對其進行分類總結，制定有針對性的防范措施，對降低機組非停次數，提高發電廠經濟運行效率具有重大意義，對加強循環流化床鍋爐防磨防爆工作具有積極意義。本文根據作者多年來的從事循環流化床鍋爐技術管理的經驗，以案例的形式對流化床鍋爐受熱面泄漏事件的原因進行了總結。

循環流化床鍋爐受熱面泄漏大致可以分為以下七類，受熱面異形擾流導致磨損泄漏、焊接安裝缺陷導致的泄漏、附屬設施缺陷導致的泄漏、設計缺陷導致的泄漏、運行方式不合理導致的泄漏、爐襯失效導致的磨損泄漏、風帽損壞導致異常磨損泄漏。現在通過案例對以上泄漏原因依照案例進行分析，并提出有針對性的防范預控措施建議。

一、受熱面異形擾流導致磨損泄漏案例

1.事件經過

某日7：00 ，#3爐運行值班員發現爐膛東南角靠近上二次風箱有漏汽聲，聯系檢修檢查，確認水冷壁泄漏申請停機，12：22 #3機組解列。

2.缺陷處理過程

進入爐膛檢查，發現泄漏點位于#1角標高20米處，前墻水冷壁從角部數第1、2根管及側墻水冷壁從角部數第1、2彎管上有泄漏點，前墻第3根管和側墻第3根管上有明顯吹損減薄的痕跡，測量最小壁厚3.2mm。通過檢查破損管周圍情況分析為前墻#1角數第2根管為初始泄漏管，其他5根管為初始泄漏管泄漏蒸汽吹掃導致的破損或減薄。檢查相鄰前墻、側墻其他水冷壁管壁厚正常。

3.事件原因分析

在本次更換的6段管存在大小9處泄漏點。對泄漏點特征分析，發現泄露點邊緣均伴隨有外壁明顯減薄，未有單純的爆裂狀漏點，確認本次水冷壁泄漏與爆管無關。

前墻第1和第2根水冷壁管間折彎處的鰭片上有一規格為Φ20mm的不規則喇叭狀穿孔，呈現明顯的外力磨損減薄形態，為本次事件中最大泄露點，應為初始泄漏點。穿孔周圍存在的變形應為鰭片焊縫咬邊、未熔合在該處產生應力集中所致。

綜合以上分析，本次泄漏事件的直接原因為鰭片磨損減薄穿孔磨損導致臨近水冷壁管減薄穿孔泄漏。

前墻第1和第2根管的鰭片折彎處為初始泄漏點，上方400mm處存在一高約10mm，長約60mm焊接余高，應為水冷壁安裝時余留物，屬安裝制造缺陷。

貼壁下行的物料流在經過該焊接余高處后提前發生流向改變，在下行物料流與水冷壁間的低壓區與上行物料流在爆口處形成渦流區，對鰭片處產生持續磨損，最終與該處的焊接缺陷應力合力發展為鰭片減薄穿孔漏風，進而導致水冷壁泄漏。

4.防范措施

利用大小修機會，對受熱面進行普查，消除影響物料正常循環的異形受熱面缺陷。

二、附屬設施缺陷導致的泄漏案例

1.事件經過

某日9：40，#1爐運行值班員巡檢發現A冷渣器大渣管有水汽，聯系檢修確認#1爐水冷壁泄漏，10：22，#1機組停運。

2.缺陷處理過程

鍋爐內溫度合適后，檢修人員進入爐內進行清灰檢查。檢查人員發現標高約7.2m處、A風冷冷渣器進渣管口處有一沖刷形成的凹坑向外流水，凹坑上方為排渣反吹風口。

對床料及凹坑附近的澆注料進行清理，在爐外排渣口密封盒內的水冷壁管管段上有兩個直徑分別為4mm和2mm孔洞，具體為#1爐A側墻水冷壁從爐前數第28根管蒸汽吹損爐前數第27根管，將該管吹損減薄到4.5mm。因附近水冷壁管均在耐磨爐襯保護中，未發現有吹損現象。

3.事件原因分析

排渣口處的凹坑的上方為排渣反吹風口，為驗證凹坑形成的原因，我們將反吹開啟，發現凹坑中的積水被反吹風激起，從而確認凹坑為排渣反吹風長期吹損形成。反吹風與高溫爐渣對排渣口產生持續磨損，在排渣反吹風與高溫爐渣的共同作用下，最終水冷壁管被嚴重吹損導致泄漏。查看#1爐A風冷冷渣器檢修記錄及運行日志，風冷冷渣器長期進渣不穩定，頻繁開啟反吹風助力進渣。

綜合以上分析，導致此次水冷壁泄露的主要原因是排渣反吹風對水冷壁管吹損。

4.防范措施

（1）利用大修機會對鍋爐排渣口反吹風角度進行調整。

（2）加強碎煤機維護，保證入爐煤粒度，避免爐內大渣過多，保證進渣順暢。

（3）加強運行調整管理，規范反吹風使用，保證冷渣器安全穩定運行。

三、設計缺陷導致的泄漏案例

1.事件經過

某日10：40，#4爐除塵器差壓大，爐膛壓力增大，#4爐除塵器兩個提升閥關閉打不開，#4機降負荷60MW。11：46，#4爐給水流量比蒸汽流量大100多噸，熱井及除氧器水位低，判斷系統泄漏申請停機。12：08，#4機組解列。

2.事件原因分析

圖2

對泄漏管屏表面觀察，發現第6排管屏水平段向下數第一、二根過熱器管間的扁鋼（墊鐵）與第一根管的焊縫左側有一個沖刷產生的溝槽，仔細觀察在焊縫下有一個撕裂狹縫與屏式過熱器管貫通，該狹縫與沖刷溝槽處未發現磨損及外部吹損等痕跡，我們判斷該撕裂狹縫為本次泄漏事件的初始泄漏點（如圖2）。

屏式過熱器為L型，下部穿過爐膛前墻與爐外的聯箱連接，上部穿過爐頂與爐頂聯箱連接，穿過爐膛前墻部分應為屏式過熱器的膨脹死點，拐點處易產生應力集中。為減輕應力集中得到發生，該部分管間未進行鰭片整體焊接，管間采用扁鋼段相連。

對泄漏管屏宏觀觀察，發現整個第6、7排屏式過熱器管存在嚴重的彎曲變形，其中第6屏扭曲變形最為嚴重。

整個屏式過熱器的下部通過過熱器管間的扁鋼（墊鐵）連接成一個整體包裹在爐襯內，存在較大拉應力。上部裸漏在外的管屏可以通過變形釋放應力，而下部在包墻內的管屏為膨脹死點，由于外部包裹有澆注料及相連管道都由扁鋼焊接相連，導致應力集中，管屏受熱膨脹應力無法釋放，在第1、2根管間產生巨大的拉應力，最終將過熱器管與扁鋼焊接連接處撕裂，產生泄漏，此為設計缺陷。

與東鍋廠進一步溝通應證了我們的分析。鍋爐廠告知此種泄漏曾在東鍋廠的其他類似鍋爐也發生過，廠家建議在以后的大修中每隔8根過熱器管取消1根扁鋼（墊鐵），使整個管屏的應力可以進一步釋放，減少應力集中的發生。

造成管屏變形的主要原因是管屏膨脹不暢。由于屏式過熱器為L型下集箱在前墻穿出，因此前墻處為膨脹死點。在熱態條件下水冷壁向下膨脹，但由于屏式受熱面溫度高于水冷壁管， 膨脹量較大使管屏只能向上膨脹。管屏的上聯箱采用恒力吊架懸吊在爐頂，在調整不當的情況下部分集箱和管屏的重量會作用在管屏上造成變形。管屏與爐墻的密封金屬膨脹節也必須有足夠的預壓量，保證滿足管屏向上膨脹的自由。以上環節不能滿足則熱態下管屏就會變形，且變形程度要大于冷態測量值管屏變形后。

3.防范措施

（1）利用每次停機機會加強受熱面檢查，消除膨脹環節的卡澀。

（2）利用大修機會，依照鍋爐廠建議對屏式過熱器進行改造，盡可能多的減少應力集中。

四、運行方式不合理導致的泄漏案例

1.事件經過

某日6：40，#4鍋爐運行值班員發現給水流量不正常升高，從390t/h升高到450t/h，排煙溫度從139℃升高到156℃，引風機電流波動大，從247A升高到365A，爐膛負壓波動大，主汽壓力快速下降，汽溫升高，#4給煤機靠近爐膛處聲音較大，聯系檢修判斷爐管泄漏，申請停爐。7：34，#4機組解列。

2.缺陷處理情況

爐內溫度合適，檢修人員進入爐內進行檢查，發現在第3、6、7片屏式過熱器下方水冷壁管外壁有受熱面泄漏的水漬痕跡，床料浸水。爐內檢修平臺搭設完畢，上平臺進行泄漏點檢查。檢查發現第3屏式過熱器前向后數第1根管彎頭處爐襯脫落，彎管內側有橫向貫穿性外張口泄漏點（見圖3）；檢查第6、7屏有更加嚴重的泄漏點（該泄漏點為主要泄漏點，泄漏量較大，但原因不在此分類，故不詳細描述）。

3.事件原因分析

屏式過熱器為L型，下部穿過爐膛前墻與爐外的聯箱連接，上部穿過爐頂與爐頂聯箱連接，穿過爐膛前墻部分應為屏式過熱器的膨脹死點，該處易產生應力集中。

第6、7屏式過熱器泄漏量的增大，鍋爐補給水流量增加，排煙溫度升高，在判定爐管泄漏后，為避免更大的破壞損失，迅速停機，降負荷停機的同時又大量補水，屏式過熱器管壁溫度迅速降低，前墻水冷壁管與屏式過熱器管間膨脹不同步，導致第3屏式過熱器在彎管處產生巨大的應力集中，屏式過熱器管受力被拉裂，發生泄漏。

4.防范措施

鍋爐在運行過程中盡量避免各種原因可能導致的受熱面溫度快速變化，導致在一些容易產生應力集中地區域產生過大應力集中。

圖3 圖4

五、制造安裝缺陷導致的泄漏案例

1.事件經過

某日11：00，#3鍋爐運行值班員巡檢發現廠房內有高壓管道泄漏聲響，降負荷至165MW，聯系檢修共同檢查確認#3鍋爐高溫過熱器管道泄漏，13：05，#3機組停運。

2.缺陷處理過程

現場溫度降低后現場檢查，發現#3鍋爐高溫過熱器入口聯箱上B→A側數第16排第2根導氣管至聯箱管座焊口處整體斷開并向上位移約70mm。對泄露管段、附近管道及過熱器入口聯箱進行壁厚檢測，沒有發現明顯的減薄與過度吹損現象。

3.事件主要原因分析

對泄露過熱器管壁厚及管徑進行檢測，過熱器管規格為￠51×6.5，管段平均壁厚6.2mm，外徑監測沒有脹粗，對泄漏管表面觀察，未發現明顯的外力傷害及腐蝕痕跡。

對泄漏點表面宏觀特征分析，發現泄露點邊緣外壁未伴隨明顯減薄，沒有單純的爆裂狀漏點，而是在焊縫位置直接斷開。

從斷開焊縫表面觀察，存在明顯的焊接質量缺陷，導氣管及管座均存在明顯焊口未融合現象，有一處厚度近4mm，占管壁厚62%。大面積未熔合區的存在導致高溫過熱器導氣管的焊口處承力截面積減少，造成截面應力集中嚴重，抗拉強度呈幾何倍數減小，經過3年運行，焊口最終無法承受管道內部壓力波動，達到金屬疲勞極限，直接脆裂斷開，導致系統泄漏。

4.防范措施

利用大小修機會增加“四大”管道焊縫檢查比例。

六、風帽損壞導致異常磨損泄漏案例

1.事件經過

某日6：40，#4鍋爐運行值班員發現給水流量不正常升高，從390t/h升高到450t/h，排煙溫度從139℃升高到156℃，引風機電流波動大，從247A升高到365A，爐膛負壓波動大，主汽壓力快速下降，汽溫升高，#4給煤機靠近爐膛處聲音較大，聯系檢修確認受熱面泄漏。 7：34，#4機組停運。

2.缺陷處理經過

待爐內溫度合適，進入爐膛發現第6、7屛式過熱器的拐點處爐襯大面積剝落，有20余根過熱器管裸露且減薄嚴重，泄漏點較多。發現爐膛中部（第6、7屛式過熱器正下方）部分風帽損壞嚴重，有5個風帽的風管斷裂，50個風帽的鐘罩脫落。

3.事件原因分析

通過對爐內屏式過熱器整體觀察，發現第6、7屏式過熱器彎曲變形嚴重，且這2屏的下外拐點處的爐襯大面積脫落。第6屏泄漏點多為呈切割狀的汽水吹損，第7屏泄漏點為管壁減薄后的外張爆口，爆口處未發現脹粗管段，說明不存在過熱，可以認定，第7屏爆口泄漏點應為本次泄漏事件的初始泄漏點。

通過對以上特征綜合分析，認為鍋爐第6、7屏式過熱器膨脹受熱不均勻扭曲變形，導致其上附著的爐襯失效剝落，本應被爐襯包裹進行防磨的屏式過熱管裸露在爐膛內，被爐內循環的床料反復沖刷減薄，導致第7屏式過熱器管泄漏，泄漏的蒸汽將臨近的同樣裸露出來第6屏式過熱管吹損泄漏。布風板上風帽損壞后，擾亂了爐內床料循環流場，高壓一次風裹挾床料直接吹向上部裸露的屏式過熱器管，加快了磨損泄漏的速度。

綜合以上分析，屏式過熱器變形和風帽損壞是此次事件的主要原因。

4.防范措施

1、加強屏式過熱器監測，消除應力集中，避免過大變形。

2、對風帽進行改造，提高風貌的耐高溫、耐磨等級。

七、爐襯失效導致的泄漏案例

1.事件經過

某日16：45，#1鍋爐運行值班員巡檢發現#1爐B側爐膛出口膨脹節頂部有水汽泄漏聲，聯系檢修確認鍋爐汽水系統泄漏，17：33，#1機組解列。

2.缺陷處理過程

檢修區域溫度合適，拆開B側爐膛出口膨脹節處保溫，膨脹節鋼板被沖開一100mm*200mm的洞，爐側水冷壁外表面有沖刷印跡。進入爐膛內檢查，發現B側爐膛出口膨脹節頂部拐角處爐襯部分脫落（圖5），膨脹節穿孔與爐外聯通，膨脹節框架部分吹損。膨脹節兩側旋風分離器進口煙道過熱器管與爐膛出口水冷壁管各有1處泄漏點。膨脹節爐襯向火側與煙道頂部連接處開裂。

由于兩根管受損面積較小，且周邊管段在爐襯包裹下未發生過度損壞，決定只對泄漏點進行補焊處理。

3.事件原因分析

對2個漏點周邊進行觀察，沒有發現焊縫及其他可能引起應力集中的金屬缺陷。對泄漏管段的形貌特征進行觀察，發現旋風分離器進口煙道側過熱器管泄漏點附近整體減薄，最薄處僅2.6mm（標準規格應為￠60×6.5），為明顯的物料磨損減薄痕跡，破口斜向上。爐膛出口煙道側的水冷壁管有數道水汽吹損產生的切痕。

綜合泄漏部位的爐襯破損情況及泄漏點的磨損情況，我們分析，爐襯破損應先于汽水泄漏。爐襯失效脫落后，原本處在爐襯包裹下的水冷壁管與過熱器管裸露出來，處在迎風面的過熱器管率先受到磨損減薄，隨著管內飽和蒸汽壓力波動，最終發生泄漏。泄漏后的飽和蒸汽對對面的水冷壁管和膨脹節進行沖擊，造成水冷壁管泄漏和膨脹節穿孔。

綜合以上分析，膨脹節處爐襯脫落是此次水冷壁過熱器泄漏的直接原因。

4.防范措施

充分利用檢修機會，加強問題爐襯普查，發現問題立即整改。

八、結束語

防止鍋爐受熱面意外泄漏的路還很長，是一項長期而艱巨的任務，任何時候都不能掉以輕心。只要我們在每次事件后不斷地總結經驗，認真歸納，對癥下藥，就能最大限度的降低因受熱面泄漏導致的非停事件次數，提高發電廠設備管理水平。

作者簡介：馬鵬飛，（1980.6-），神華準能矸電公司工程師。