火力發電廠鍋爐受熱面管泄漏原因分析

（中國特種設備檢測研究院，北京 100020）

0 引言

大型火力發電廠目前依然是我國能源市場的重要組成部分,而保障火力發電廠的穩定運行依然是當前的重中之重。火電廠想要保證電力供應的穩定性與可靠性，就需要鍋爐長期處于高負荷運行狀態下。以某地火力發電廠為例，近十年累計發生19次泄露情況。2010年5次、2011年3次、2013年1次、2015年4次、2016年3次、2017年2次、2019年1次。根據歷次泄漏情況與技術原因，原因與次數匯總如表1所示。

表1 泄露原因匯總

如果火力發電廠在正常運行中鍋爐受熱面發生泄漏事故，則需要關閉鍋爐進行維護，產生一系列的檢查費用、維修費用、停機費用以及其他損失，影響火電廠的供電能力和經濟效益。因此，深入系統地研究和分析鍋爐受熱面管的泄漏原因和對策具有重要的實踐意義。

1 鍋爐受熱面管失效的原因

1.1 設計師的參數設計與材質選擇不合理

鍋爐受熱面作為熱能轉換的主要設備，在根據各參數的極限值來科學選擇時，在符合高溫、高壓、塑性等要求外，還需要依據標準對沖擊韌性、耐蠕變性、耐腐蝕性等特性進行選擇。如所選擇的材質耐高溫性能未到達相應標準，會導致鍋爐的溫度偏差過大、管道材料的蠕變，增加泄露的風險。

1.2 安裝質量未達標

安裝質量未達標是造成泄漏及鍋爐意外故障的關鍵因素之一，未達標的鍋爐安裝質量會給日常運行帶來安全隱患。安裝質量未達標會降低鍋爐受熱面的承受能力，并導致鍋爐受熱面管泄漏的數量增加，使得正常的火力發電廠的安全生產無法有效進行。

1.3 焊接質量不合格

焊接質量不合格是會影響鍋爐受熱面管設計規范性。由于受熱面管長期處于高溫高壓的工作環境下，若焊接質量不符合相應的標準，就有可能會直接影響到受熱面運行的可靠性。究其原因是焊接工藝和質量未達到要求，很容易在進行焊接的過程中，會出現未熔合、咬邊、未焊透等現象，導致焊接效果不合格，從而在受熱面管的長期運行過程中容易出現泄露現象[1]。

1.4 受熱面超溫

火力發電廠的鍋爐高溫受熱面處于煙氣溫度較高，工作環境較差的地方，極其容易產生短期超溫和長期超溫的情況。短期超溫指的是壁溫超過了受熱面材料的下臨界溫度，引起材料許用應力下降進而引發面管爆裂。長期超溫指的是管壁溫度低于材料的下臨界溫度但高于材料的設計溫度。在運行過程中，過熱時間長且溫度值較高，會加快鍋爐受熱面管的蠕變速度，內部組織發生變化，從而引發面管薄弱部分的破裂。

1.5 管壁結垢

水垢是鍋爐高溫運行過程中不可避免的產物，其導熱系數比面管的導熱系數差距極大，導致管道的熱阻增加和傳熱效果下降，容易導致管壁局部過熱、鼓包和泄露，嚴重影響鍋爐的安全運行。并且當水垢大量附著于管壁，會導致排煙溫度升高，需要消耗更多的燃料才能導致達到正常的水溫。

1.6 使用磨損

使用磨損主要包含機械磨損和飛灰磨損。鍋爐受熱面的機械磨損的產生原因是受熱面管的屏間夾持管與管子接觸處經長期高溫變形，運行時受爐膛煙氣影響產生晃動，造成管子振動并與管卡相磨,使管壁減薄。當管壁不斷變薄到特定極限時，在內壓的作用下，導致泄露事故的產生。飛灰磨損的產生原因為在鍋爐超負荷運行時，受爐型結構、受熱面布置、煙氣流速方式、煙氣含塵濃度等各種因素影響，導致飛灰的產生與煙氣流速過快，從而導致受熱面的磨損越嚴重。

1.7 受熱面管腐蝕

鍋爐受熱面管通常為堿性腐蝕、低溫硫腐蝕與腐蝕水側氧腐蝕。堿性腐蝕指的是爐管內部存在氯化物和硫酸鹽時，當管道水中出現較多的氫氧化鈉及水垢，會因管道水的收縮而產生濃度較高的氫氧離子，導致堿性腐蝕的發生。低溫硫腐蝕發生在省煤器外壁和煙道尾部低溫受熱面，主要因為排煙溫度過低，關閉溫度低于煙氣露點，省煤器外壁低溫流含量過高。水側氧腐蝕成因于補給水的占比較大導致氧含量增加，而管道水中溶解的氧氣由于受熱溶解度變低而逸出，同時企業對于蒸汽鍋爐的除氧不及時，導致金屬在水環境下的腐蝕。

1.8 缺水現象

管道缺水會導致管道過熱、受熱變形及鍋爐爆炸。在鍋爐運行過程中出現異物堵塞和熱負荷最大的地方都會導致缺水現象。異物堵塞使得水循環的平衡遭到破壞導致局部水溫過高。熱負荷極大的管子產生供水不足，使管壁的流動水產生汽化現象，導致溫度超過臨界值而燒壞管道。

2 工藝預防對策

2.1 嚴格檢查焊接質量

因為鍋爐組件和結構十分復雜，在對其組件和局部結構焊接時，需要嚴格執行操作流程。監管時從把控好焊接質量出發，嚴格執行國家和行業的標準和規范。同時需要依據管理辦法和企業規定定期進行基礎設備檢修，保證鍋爐受熱面可按照設計方案正常運行[2]。

2.2 嚴控防磨防爆

防磨防爆的解決方法是優化燃料配比和合理布置煙道截面。合理的燃料配比會讓燃料中的氯、釩、硫等元素成分較低，從而降低有害物質進入管道。合理布置煙道截面，能合理控制煙氣流速，降低運行風量，降低鍋爐受熱面泄露的可能性。在檢修或停爐時對受熱面的日常檢查，定期保養維護，爭取在鍋爐未處于工作狀態時，安排人員對受熱面檢查、漏風檢查和埋管防磨片更換，防止煙氣走廊的出現。

2.3 雙重保護機制，防止缺水

企業應采取雙重保護相結合的措施來防止缺水現象的發生。雙層保護能有效的防止在其中一種方法失效時能及時使用另外的保障機制去保障鍋爐正常運行。企業可采用多重水位保護機制和排煙溫度異常鍋爐自動停機的雙重保護機制。針對于當煙氣溫度過高引起水蒸汽大量蒸發，容易導致缺水的狀況，可以設置自動停機裝置來避免泄露或爆破等事故。

2.4 防范氧腐蝕與低溫硫腐蝕

對鍋爐給水的水質進行加強管理，時刻監測爐水中含有氧氣和二氧化碳含量，并制定警戒含量，當出現異常時，采用化學除氧與除氧器并用的方式快速對氧含量進行降低。防范低溫硫腐蝕主要在于控制硫的來源，采用低硫燃料和自備脫硫技術能大量減少硫的含量，從而能有效減少低溫硫腐蝕。另外，企業應該去增加對過量空氣系數的控制，提高排煙溫度，進而能有效地減少三氧化硫的誕生。

2.5 增強對機組運行監控的力度

在鍋爐的正常運行過程中，企業應對機組的運行狀況進行實時監控與控制，如嚴格控制煙氣流速、控制燃料和脫硫劑等粒徑和物料成分，準確控制鍋爐受熱面的溫度，從而降低鍋爐受熱面的磨損量。同時，在日常維護和停爐時，完善防磨、防腐措施，加強對鍋爐關鍵位置的檢查，有效了解管子的使用狀況，及時對缺陷部分進行有效維護。采用新技術、新方法來增加設備的使用壽命。

2.6 建立健全責任制

建立健全泄露責任制。遵循適當的指導方針，從企業管理規定出發，建立防漏防爆責任制和多級檢查責任制。車間應制定對班組的考核管理辦法，而班組根據考核要求，確定責任人和考核細則去有效落實預防制度。從宏觀檢查到成分檢驗，時刻做好檢查和保養工作。

3 結語

火電廠在運行的過程中，一旦鍋爐受熱面出現泄露，就會極大影響鍋爐的性能和安全性，嚴重地還會造成的經濟損失。針對于鍋爐受熱面泄露，可以采用先進技術，從受熱面設計安裝、設備正常運行和定期管理維護出發，針對于不同問題出現的典型特點，對導致泄露的原因進行有效預防，有效提升火電廠鍋爐運行的安全性和可靠性。