燃煤電廠鍋爐“四管”泄漏原因及預(yù)防措施

王立新，曲飛雨

（滄州華潤(rùn)熱電有限公司，河北滄州 061000）

0 引言

鍋爐作為燃煤電廠三大主機(jī)之一，其運(yùn)行的安全穩(wěn)定性具有極其重要的意義。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)顯示，在我國(guó)燃煤發(fā)電機(jī)組的非計(jì)劃停運(yùn)事故中，約有1/2 的原因是鍋爐事故事件。鍋爐事故事件中，則以“四管”泄漏居多。鍋爐的突發(fā)性爆管事故對(duì)電網(wǎng)的迎峰度夏具有嚴(yán)重影響，供熱機(jī)組若正值供暖季發(fā)生爆管事故，則可能造成嚴(yán)重的負(fù)面輿論。為了提高燃煤電廠運(yùn)行的安全可靠性，需要加強(qiáng)對(duì)鍋爐四管的安全檢查，通過故障原因分析，找到“四管”泄漏的原因，然后有針對(duì)性地制定預(yù)防泄漏的措施，保證火電廠鍋爐運(yùn)行的安全性。

1 “四管”泄漏原因

1.1 磨損

燃煤電廠鍋爐受熱面管排極易受到飛灰磨損和機(jī)械磨損磨損。當(dāng)飛灰在爐膛內(nèi)未達(dá)到熔化溫度時(shí)，仍然保持原有的形狀，進(jìn)入煙道后隨著溫度的逐漸降低，其硬度會(huì)有所增大，對(duì)受熱面管排的沖刷力度隨之增大，飛灰對(duì)省煤器的沖刷磨損往往比過熱器更加顯著。入爐煤存在灰分是不可避免的，故飛灰磨損是必然存在的現(xiàn)象。機(jī)械磨損通常因機(jī)組運(yùn)行中管卡或支吊架松動(dòng)、定位塊脫落等因素造成管排相互剮蹭摩擦而引起，因此再熱器管排發(fā)生機(jī)械磨損的現(xiàn)象更加凸顯。

1.2 蒸汽吹損

燃煤電廠鍋爐在運(yùn)行中，受熱面積灰結(jié)渣是最常見的現(xiàn)象之一，一般均安裝吹灰器以保證受熱面清潔，進(jìn)而提高鍋爐熱效率。吹灰器內(nèi)漏、吹灰器不旋轉(zhuǎn)、吹灰時(shí)帶水及吹灰器吹灰蒸汽壓力過高等4 個(gè)方面造成受熱面管排不同程度的減薄。經(jīng)查閱某火電機(jī)組吹灰器周邊管組防磨防爆檢查數(shù)據(jù)也很好地證實(shí)了這一點(diǎn)，若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理管壁減薄管組，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致受熱面泄漏事故。

1.3 高溫腐蝕

燃煤電廠鍋爐水冷壁、過熱器及再熱器管排均充在不同程度的高溫腐蝕現(xiàn)象，通常情況下，水冷壁多發(fā)生高溫?zé)煔鈱?duì)其的硫腐蝕、氯腐蝕，而過熱器及再熱器則以高溫?zé)煔庵腥廴跔顟B(tài)飛灰熱解出的三氧化硫腐蝕更為顯著，又以水冷壁高熱負(fù)荷區(qū)管排高溫腐蝕最為嚴(yán)重。長(zhǎng)期處于高熱負(fù)荷的爐管與高溫環(huán)境接觸的組織結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸發(fā)生變化，并逐步向內(nèi)擴(kuò)展，金屬組織結(jié)構(gòu)發(fā)生微妙變化[1-3]，其強(qiáng)度和蠕變應(yīng)力均有所改變，塑性降低，易發(fā)生裂紋或爆開。

1.4 管壁超溫

機(jī)組運(yùn)行中若出現(xiàn)燃燒控制不當(dāng)、火焰中心上移、爐膛出口煙溫高或爐內(nèi)熱負(fù)荷分布不均勻、煙道二次燃燒、局部積灰結(jié)渣、減溫水系統(tǒng)運(yùn)行不當(dāng)?shù)惹闆r均會(huì)造成不同程度管組超溫，日積月累便會(huì)引起受熱面爆管。

1.5 積灰結(jié)焦

燃煤電廠鍋爐受熱面積灰結(jié)焦是極為普遍的現(xiàn)象，渣灰導(dǎo)致受熱面產(chǎn)生污垢熱阻，反之換熱系數(shù)減小，且會(huì)改變區(qū)域煙氣流速，最終管排換熱效果下降，造成管排吸熱不均；且渣灰對(duì)管壁具有一定的腐蝕作用，導(dǎo)致管壁減薄、耐溫性能逐步下降，最終發(fā)生管壁超溫爆管事故。

1.6 應(yīng)力集中

應(yīng)力集中主要因鍋爐結(jié)構(gòu)及機(jī)組啟停過程中升降溫速度控制不合理等因素導(dǎo)致異常膨脹而產(chǎn)生的。鍋爐啟停過程中，若爐內(nèi)升降溫速率過快，水冷壁會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力；鍋爐熱負(fù)荷變化速率過大亦會(huì)使水冷壁產(chǎn)生熱應(yīng)力；爐膛內(nèi)大體積焦塊脫落時(shí)，將撈渣機(jī)渣井內(nèi)溫度相對(duì)較低的渣水濺到冷灰斗管排上，該區(qū)域管排同樣會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力集中。在不同熱應(yīng)力的共同作用下，區(qū)域應(yīng)力達(dá)到峰值，若長(zhǎng)周期受到此熱應(yīng)力就極易發(fā)生泄漏。

2 防止鍋爐“四管”泄漏措施

2.1 加強(qiáng)防磨防爆檢查

成立專業(yè)防磨防爆檢查小組，利用每次機(jī)組大小修機(jī)會(huì)對(duì)四管進(jìn)行全面防磨防爆檢查，積極擴(kuò)大檢查范圍，每次檢查全面做好臺(tái)賬記錄，依據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行換管、防磨防腐噴涂或安裝合適的防磨瓦，并積極研究探索更加有效的檢查方法手段。

在防磨防爆中需重點(diǎn)關(guān)注以下內(nèi)容：①穿墻管、懸吊管、管卡處管排，省煤器、低溫過熱器、水平煙道內(nèi)過熱器，以及再熱器下部管段等，經(jīng)常受飛灰、機(jī)械磨損部位；②屏式過熱器、再熱器與汽水定位管、夾持管等存在相互接觸和摩擦易產(chǎn)生機(jī)械局部磨損的部位，處在煙氣流速和飛灰濃度高的部位；③水冷壁燃燒器噴口、看火孔、人孔門、火焰電視孔區(qū)域的受熱面等彎管（避讓管）部位，穿墻管及易漏風(fēng)產(chǎn)生沖刷磨損部位，冷灰斗、斜坡墻、爐膛四角等部位；④水冷壁與煙、風(fēng)道滑動(dòng)面聯(lián)結(jié)部位，更換過的管組和膜式受熱面不規(guī)范鰭片，聯(lián)箱管座焊口；⑤易形成煙氣走廊部分管排；⑥膨脹不暢易拉裂的應(yīng)力集中部位，承受荷重部件的承力焊口，變形嚴(yán)重的受熱面管排；⑦運(yùn)行中經(jīng)常有局部或大面積超溫現(xiàn)象發(fā)生的過、再熱器管組，高溫過熱器及再熱器外三圈管管組迎火面；⑧化學(xué)和金屬監(jiān)督要求抽樣檢查部位，易結(jié)垢和易腐蝕的受熱面管排等；⑨吹灰器及燃燒器附近管組；⑩敷設(shè)的耐火澆注料。

2.2 加強(qiáng)吹灰管理

加強(qiáng)吹灰器檢修與維護(hù)管理，確保吹灰器能正常投入，日常吹灰過程安排專人負(fù)責(zé)跟蹤吹灰情況，發(fā)現(xiàn)問題立即處理，并做好設(shè)備臺(tái)賬記錄與上報(bào)，同時(shí)根據(jù)本廠鍋爐燃燒及結(jié)焦情況，確定合理的吹灰程序、參數(shù)和吹灰周期。若吹灰過程中吹灰槍卡澀，必須根據(jù)實(shí)際情況立即采取蒸汽降壓、停止吹灰或手動(dòng)退出槍管等相應(yīng)措施，避免發(fā)生由于操作不當(dāng)或吹灰設(shè)備存在缺陷而造成的受熱面吹損。吹灰系統(tǒng)投運(yùn)前，應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度進(jìn)行充分暖管，確認(rèn)吹灰系統(tǒng)管道疏水排盡后再投入吹灰程控，按照設(shè)定程序開始吹灰。

2.3 加大技術(shù)監(jiān)督力度

重點(diǎn)關(guān)注以下內(nèi)容：①鍋爐上水及點(diǎn)火時(shí)必須做好給水水質(zhì)監(jiān)督，若其指標(biāo)不合格嚴(yán)禁執(zhí)行上水、點(diǎn)火等任何一項(xiàng)操作；②每次檢修根據(jù)臺(tái)賬及規(guī)程進(jìn)行割管取樣分析，發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁結(jié)垢、氧化皮超標(biāo)立即采取措施；③加強(qiáng)過熱器、再熱器運(yùn)行中蒸汽溫度和管壁溫度的監(jiān)測(cè)，汽溫調(diào)節(jié)應(yīng)分級(jí)控制，嚴(yán)格執(zhí)行運(yùn)行規(guī)程；④做好鍋爐安全閥定期校驗(yàn)工作，鍋爐運(yùn)行中嚴(yán)禁超壓，發(fā)生超壓時(shí)應(yīng)立即采取措施降壓，并做好記錄，超壓后應(yīng)認(rèn)真分析原因，提出改進(jìn)措施，可根據(jù)運(yùn)行情況分析優(yōu)化受熱面管壁溫度測(cè)點(diǎn)，提升溫度監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性；⑤加強(qiáng)鍋爐汽水品質(zhì)監(jiān)督，根據(jù)汽水品質(zhì)指標(biāo)，做好定連續(xù)排、加藥和水質(zhì)清洗工作。

2.4 提高檢修質(zhì)量及工藝

為保證每次“四管”檢修質(zhì)量，對(duì)檢修終關(guān)鍵工序節(jié)點(diǎn)設(shè)置H 見證點(diǎn)（三級(jí)驗(yàn)收之停工待檢點(diǎn)），同時(shí)注意以下內(nèi)容：①提高防磨防爆專業(yè)人員的技術(shù)水平，不定期舉行培訓(xùn)和交流專題會(huì)；②每次檢修編制審批并執(zhí)行防磨防爆專項(xiàng)方案、焊接及熱處理工藝卡，并由金屬專業(yè)人員進(jìn)行審核審批；③焊接材料應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)焊材并做好驗(yàn)收，使用時(shí)依據(jù)規(guī)程要求進(jìn)行烘焙，并裝入焊材專用保溫筒內(nèi)，做到隨用隨取，不得長(zhǎng)時(shí)間裸露于空氣中，且焊材重復(fù)烘焙次數(shù)不應(yīng)超過2 次；④更換采取防磨噴涂的受熱面管時(shí)，管口邊緣至少打磨20 mm 寬，并進(jìn)行光譜檢查，確認(rèn)無(wú)鋁、砷等危害元素且徹底清除防磨噴涂層后方可進(jìn)行焊接工作；⑤因換管或取樣而新增的焊縫、焊口必須100%無(wú)損檢驗(yàn)，小口徑管道（Φ≤76 mm）焊口應(yīng)100%射線檢驗(yàn)，同時(shí)建議結(jié)合超聲波探傷，不合格焊縫及時(shí)處理并復(fù)檢直至合格；⑥合金鋼管子焊口經(jīng)熱處理后應(yīng)做100%硬度檢測(cè)，硬度檢測(cè)結(jié)果須符合DL/T 438—2016《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求；⑦每次大小修應(yīng)根據(jù)規(guī)程相關(guān)條款要求實(shí)施水壓試驗(yàn)，認(rèn)真檢查各承壓部件，且應(yīng)嚴(yán)格控制化水品質(zhì)，對(duì)有奧氏體鋼材的過熱器、再熱器，應(yīng)采用Cl-濃度＜1.0 mg/L、pH 值為9.5～10.5的除鹽水進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

2.5 嚴(yán)格管控爐管質(zhì)量及使用

鍋爐受熱面不同型號(hào)規(guī)格管材必須符合GB/T 5310—2017《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)條款規(guī)定要求，并由專業(yè)人員進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，確保其各項(xiàng)元素成分、性能指標(biāo)滿足要求，出具相關(guān)檢測(cè)報(bào)告。鍋爐鋼材入廠應(yīng)具有材料合格證、質(zhì)保書，符合國(guó)家及有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行復(fù)檢同時(shí)做好驗(yàn)收記錄，對(duì)于不同規(guī)格、材料的管子應(yīng)分類堆放，且在每根管子上用油漆做標(biāo)記，標(biāo)明材料及規(guī)格，并做好防銹措施。“四管”防磨防爆更換管排時(shí)，必須逐一依次確認(rèn)管材、規(guī)格一致。

2.6 加強(qiáng)機(jī)組運(yùn)行管理

重點(diǎn)關(guān)注以下內(nèi)容：①機(jī)組啟停、運(yùn)行過程中，嚴(yán)禁快速升降負(fù)荷或超負(fù)荷運(yùn)行；②根據(jù)鍋爐運(yùn)行參數(shù)變化，及時(shí)調(diào)整燃燒方式，避免火焰偏移、沖刷水冷壁等危機(jī)機(jī)組運(yùn)行的現(xiàn)象發(fā)生；③加強(qiáng)燃料管理，入爐煤質(zhì)應(yīng)確保鍋爐設(shè)備長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，摻配的煤質(zhì)不得超出鍋爐設(shè)備安全運(yùn)行要求的最低限度，根據(jù)入爐煤質(zhì)情況，合理控制風(fēng)量，避免風(fēng)量過大或缺氧燃燒，應(yīng)制定相應(yīng)的氧量曲線；④投停噴燃器應(yīng)對(duì)稱分布，盡可能降低熱力偏差，避免管排局部或大面積超溫現(xiàn)象發(fā)生；⑤加強(qiáng)機(jī)組汽溫汽壓監(jiān)視調(diào)整，避免管組超溫超壓；⑥機(jī)組運(yùn)行中，防止?fàn)t底漏風(fēng)過大、按照規(guī)程控制一次風(fēng)風(fēng)速，防止煤粉燃燒推遲、火焰中心上移等現(xiàn)象發(fā)生，避免受熱面管排溫度過高。

3 案例分享

某2×300 MW 火力發(fā)電機(jī)組曾在爐左側(cè)墻下聯(lián)箱上部約1000 mm 部位與前墻夾縫部位發(fā)生泄漏。經(jīng)停機(jī)后檢查發(fā)現(xiàn)，爐左側(cè)墻第2 集箱由爐前向爐后方向數(shù)第12、13、14、15 根，爐前墻由爐左向爐右方向數(shù)第1、2 根水冷壁管出現(xiàn)不同大小形狀的泄漏點(diǎn)，均向爐膛內(nèi)部泄漏，另有6 根水冷壁管因受到?jīng)_刷減薄至4.6 mm 以下，均已超過換管標(biāo)準(zhǔn)（圖1）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)吹損減薄及各漏點(diǎn)的分布情況判斷，上述爐左側(cè)墻第2 集箱由爐前向爐后方向數(shù)第12、13 根水冷壁管中間第13 根水冷壁管與鰭片存在原始焊接缺陷，判斷該處為原發(fā)漏點(diǎn)，泄漏后高壓蒸汽流造成臨近水冷壁管吹損減薄泄漏。該原發(fā)漏點(diǎn)位置隱蔽，在防磨防爆檢查時(shí)檢查難度高，為此需利用機(jī)組檢修對(duì)漏點(diǎn)區(qū)域及相同部位鰭片、塞板焊縫進(jìn)行檢測(cè)，或借助內(nèi)窺鏡進(jìn)行全面檢查，并將泄漏管道高溫區(qū)域進(jìn)行割管送檢，進(jìn)行金相、拉伸試驗(yàn)，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 泄漏部位割管后復(fù)位

4 結(jié)語(yǔ)

鍋爐“四管”泄漏對(duì)燃煤機(jī)組來說是必然存在無(wú)法避免的，一般只能通過采取預(yù)防措施，最大限度地降低鍋爐“四管”泄漏發(fā)生率。當(dāng)掌握了“四管”泄漏的基本規(guī)律后，根據(jù)不同的運(yùn)行環(huán)境，采取具有針對(duì)性的預(yù)控措施可大幅度降低“四管”泄漏概率，提升鍋爐運(yùn)行可靠性。“風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控，防治結(jié)合”是防止“四管”泄漏應(yīng)長(zhǎng)期堅(jiān)持的原則，通過實(shí)踐也有力證明，通過從防磨防爆、運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整技術(shù)監(jiān)督等多方面實(shí)施預(yù)防性措施，對(duì)降低“四管”泄漏概率具有顯著成果。