電站鍋爐“四管”泄漏原因分析及預防

馬世城,張磊,趙振旭

（嘉峪關宏晟電熱有限責任公司，甘肅嘉峪關 735100）

1 前言

某電廠承擔著全社會的電力供應任務，高峰季鍋爐基本處于長期滿負荷運行，而鍋爐“四管”長期受高溫、飛灰沖刷、機械磨損、金屬材料的劣化、腐蝕，以及安裝質量、焊接質量、異物堵塞等因素的影響，頻頻發生泄漏，是長期困擾電站鍋爐安全生產的瓶頸問題。系統地做好鍋爐“四管”泄漏的管理，研究泄漏規律，減少“四管”泄漏次數，成了保證鍋爐安全、穩定、經濟運行的關鍵。

2 鍋爐“四管”泄漏原因分析及防范措施

2016年1月1日至2018年12月31日，針對某單位6 臺電站鍋爐“四管”泄漏進行了統計，共發生各類泄漏13次，見表1。

表1 泄漏原因統計

從泄漏分布區域統計，水冷壁6 次占比46%，過熱器5次占比39%，再熱器2次占比15%。

以下就鍋爐“四管”泄漏原因及對策進行分析說明。

2.1 焊割質量

一臺亞臨界鍋爐爐后吹灰器附近水冷壁管發生泄漏，在停爐排查過程中，發現漏點及周圍管段均無明顯的鰭片拉裂現象，而漏點部位管道內壁存在一處直徑約5 mm 左右的金屬熔渣，見圖1，通過對漏點及周圍管段進行金相分析，未發現金屬組織等異常情況，可判斷導致水冷壁管泄漏的原因為更換管切割鰭片時（泄漏前進行了泄漏點部位水冷更換作業），焊接人員將原始管割傷，水冷壁換管作業過程中作業不規范，檢修工藝管控不嚴格，施工人員割傷原始管道后沒有進行挖補或更換處理，而是直接對鰭片進行了焊接，造成隱患的遺留。

圖1 管道內壁存在金屬熔渣

防范措施：鍋爐檢修水冷壁換管作業過程中應規范作業，嚴格按照檢修工藝、焊割工藝指導書執行。焊接管理技術人員應對更換管焊接作業全過程跟蹤、監督，對焊割人員的工藝紀律執行情況監督、檢查，確保更換管段、焊接鰭片的全過程質量監督管控到位；對焊接過程中存在缺陷、隱患，應及時進行處理。還要確保焊接時選用合格的焊材，焊接高壓焊口及承壓部件時焊條要按照工藝標準進行烘干，并用專用保溫桶儲存，焊接時應該采用合理的參數，保證焊割部位無割傷、過燒、咬邊、夾渣、未融等缺陷的遺留，焊接結束后，按照DLT869-2012《火力發電廠焊接技術規程》、NBT47013-2015《承壓設備無損檢測》進行焊接熱處理，進行100%的無損檢測。

2.2 應力集中

應力集中主要來源于鍋爐結構及機組的升溫、升壓速率，管件發生膨脹受阻，造成應力集中，使得管件拉裂,圖2 為水冷壁開裂及金相組織圖，開裂原因為在鍋爐運行過程中受溫度變化持續產生的交變應力影響，被拉產生裂紋，導致泄漏，致使漏點周圍管排被吹損減薄后大面積泄漏。

圖2 水冷壁開裂及金相組織圖

防范措施：優化鍋爐啟停、運行過程中的水冷壁內水溫及出口過熱度的控制方式,尤其是保護動作跳機后的溫度控制和快速啟動的曲線調整，討論制定優化措施并實施，通過減少運行工況的劇烈波動，達到減輕水冷壁區域鰭片焊接薄弱點受交變應力的影響程度，從而防范泄漏事件的發生；水冷壁鰭片須內外都進行滿焊，焊接應無各類超標缺陷的遺留。

2.3 高溫腐蝕

監測期間，發現超臨界燃煤鍋爐過熱器、再熱器、水冷壁管道均存在腐蝕，水冷壁腐蝕最為嚴重，腐蝕區水冷壁管減薄約20%～55%（即1.5～4.0 mm）；對泄漏管段進行了金相、力學性能、無損檢測、硬度、厚度、電子探針等分析，金相報告顯示泄漏部位無珠光體球化現象，但存在表面脫碳現象，可排除泄漏部位因過熱而導致的爆管原因；從水冷壁管減薄情況看，泄漏位置位于鍋爐高溫腐蝕最為嚴重區域，可判斷為高溫腐蝕是導致漏泄的原因,見圖3。

圖3 高溫腐蝕導致漏泄

發現鍋爐水平煙道受熱面也存在腐蝕，原因是高溫煙氣攜帶的煤灰流經鍋爐水平煙道受熱面（屏式過熱器、屏式再熱器、高溫過熱器、高溫再熱器、低溫再熱器）時，在管子上形成積灰，當煤灰處于550～710 ℃熔融狀態時，硫酸鹽受熱會分解出SO3，對管壁有強烈的腐蝕作用，見圖4。

圖4 SO3對管壁有強烈的腐蝕作用

防范措施:高溫腐蝕是一個較為復雜的物理化學過程，通常認為燃煤鍋爐高溫腐蝕一般有硫化物型和硫酸鹽高溫腐蝕兩種。通過以下幾方面進行控制：

①對受熱面管材的選型應選擇高合金耐腐蝕鋼材。

②改善燃燒，防止煤粉過粗，保證燃料在爐膛內及時燃燒燃盡；防止火焰直接沖刷水冷壁和屏式過熱器；控制壁溫避免爐管結垢，防止爐膛局部熱負荷過高，合理布置受熱面及通過運行調整以降低受熱面的壁溫。

③降低吹灰器投運頻率，根據不同煙溫區積灰特性確定不同的吹灰壓力，吹灰前保證疏水徹底，吹灰蒸汽溫度大于220 ℃。

④合理配風，防止壁面附近出現還原性氣體。

⑤細化催化劑運行維護，提高脫硝催化劑的處理能力，防止鍋爐運行調整提高氧量、降低燃燒區的還原性氣氛后造成煙氣氮氧化物的生成。

⑥做好受熱面宏觀及厚度檢查，對存在腐蝕的管段及時進行更換。

2.4 異物堵塞

對受熱面異物堵塞管進行檢查，發現漏泄管存在明顯的橫向、縱向裂紋，漏泄管管口存在明顯脹粗變形現象，且珠光體完全球化，見圖5，異物通過內窺、通球、灌水等方式檢查，發現泄漏管中的異物主要是焊渣、鐵屑、保溫棉、泥沙等。

圖5 珠光體完全球化示意圖

防范措施：對泄漏管所在上部、下部集箱進行內窺鏡檢查，確保內部無異物，并對泄漏部位及周圍受損管段進行更換，制定專項的上水沖洗方案，并對相應集箱進行檢查清理；完善受熱面換管標準，在進行受熱面換管時，做好割開管口的防護措施，應采用專業用的管口封堵帽或易溶于水、受熱易分解的材料進行管口塞堵，嚴禁采用保溫棉、不溶性紙巾等材料封堵管口；在進行管道切割時采用切割片，嚴禁采用割炬進行切割，以防異物落入管中；規范鍋爐水壓試驗相關規定，完善受熱面防磨防爆的檢查要求。

2.5 磨損

“四管”的磨損主要有機械磨損和飛灰磨損，見圖6。機械磨損主要是由于管卡、支吊架松動，防磨瓦、定位塊脫落，在運行過程中與管子相互刮蹭而產生的磨損；飛灰磨損主要是鍋爐煙氣在一定的動能作用下，對管子進行沖擊，使得管壁金屬被削薄。

防范措施：加強鍋爐各類檢修時的防磨防爆檢查，確保防磨瓦、管卡、支吊架、定位塊、保溫等的安全可靠，燃燒器及吹灰器周圍無減薄量超標管段，對厚度超標管段進行更換，有條件的可進行耐磨噴涂；加強運行過程中的吹灰管理，嚴格按照《吹灰器投運管理辦法》執行，以防止由于吹灰器使用不當造成受熱面吹損；在鍋爐檢修中，進行吹灰器的動態試驗和檢查，確認吹灰器的吹掃角度、吹掃范圍、吹灰器與受熱面的垂直角度、記錄吹灰器的吹掃圈數等；鍋爐A 級檢修后，應進行全面的冷態空氣動力場試驗，進行細致的燃燒調整試驗，優化爐內燃燒工況，減小爐內火焰中心的偏差，降低左右側煙溫偏差和吸熱偏差，控制噴燃器角度和氧量，避免未燃煤粉和還原性氣體沖刷受熱面。

3 結束語

防治“四管”泄漏是一項長期而艱巨的工作，需要組建符合本單位實際情況的防磨防爆監督及檢查小組，從鍋爐燃煤管理、運行管理、檢修維護管理、金屬材料的選用、受熱面布置、制造質量、安裝質量、鍋爐保養等方面入手，落實每個環節人員的“一崗雙責”，堅持“四不放過”原則，系統地做到全過程控制，降低受熱面“四管”泄漏率。