發電廠鍋爐高溫過熱器管泄漏原因及防治

孟慶朋

（國能（連江）港電有限公司，福建 連江 350512）

隨著我國電力工業建設的快速發展，大量不同類型熱電機組的出現，鍋爐的結構和運行變得更加復雜。當鍋爐在惡劣條件下運行或設計偏離實際狀況時，高溫過熱器管容易出現泄漏問題，既會降低鍋爐運行效率，還可能威脅人員身體健康，若想切實解決泄漏問題，發電廠應進一步探究泄漏原因，根據泄漏原因采取針對性處理策略，并做好泄漏問題的防治工作，為鍋爐運行效率、安全以及質量予以全方位保障。

1 發電廠鍋爐高溫過熱器管的泄漏原因

1.1 腐蝕原因

高溫過熱器管腐蝕可分為以下幾類：（1）氧氣腐蝕與鍋爐水溶液有關，屬正常電化學腐蝕；（2）應力腐蝕，主要是在高溫下，氯離子質量在鍋爐中積累，逐漸形成靜拉伸應力。鍋爐靜置后殘余應力仍作用于管路上，這樣的腐蝕應力會導致過熱器管路破裂；（3）高溫腐蝕。高溫下會產生各種腐蝕性物質，對鍋爐影響不大。這三種腐蝕現象與鍋爐的日常維護有關，如果不進行日常維護，高溫過熱器可能會隨著時間的推移而發生泄漏和爆炸。

1.2 超溫原因

超溫的主要原因有：（1）火焰中心的位置，火焰中心向上移動會導致容器壁過熱和爆炸。導致火焰中心向上偏移的因素包括機組漏氣、煤粉顆粒過多、吹掃協調不夠和煙溫升高，可能導致過熱器和再生器過熱以及局部管壁磨損。此外，煤質量落差會導致溫度升高，主要原因是爐內容易形成煤焦炭，導致火焰中心溫度升高。（2）工作介質中的流速較低，該因素引起的過量溫度主要發生在陽極過熱器中。鍋爐起動或小負荷時，由于操作不當和人力流量低，容易發生熱泄漏。（3）安裝和設計質量是影響溫度的重要因素，如燃燒器通過時間短、單屏管溢出、燃燒器布置不當、管內有異物等。

1.3 磨損原因

燃煤時，特別是低級煤燃燒時，鍋爐中產生的灰分會帶走固體顆粒，直接撞擊管道表面，稱為飛灰磨損。此外，灰燼中往往含有腐蝕成分，在磨損過程中伴隨著不同程度的腐蝕。根據分析結果，灰分的三倍流量與管道的磨損速度成正比。隨著流量的加速，產生局部塞，增加鍋爐高溫過熱器管的泄漏。

1.4 監管原因

在電廠鍋爐設計過程中，設計人員應充分考慮負荷工件的泄漏情況，對鍋爐工件安裝的全過程實施嚴格控制，確保工件安裝精度，提高安裝質量。由于控制不足，焊接工作不符合要求，最終焊接質量不能滿足鍋爐運行要求，為后續啟動埋下一定的安全隱患。此外，管道的布置既不科學，也不合理。由于管道中有大量的煙霧和氣體，持續的煙霧和氣體流動會對管道造成相當大的腐蝕。如果不在迎風側安裝防摩擦裝置并采取相應的防摩擦措施，就會增加迎風側的侵蝕和磨損，降低其強度，從長遠來看，很容易漏水。

2 發電廠鍋爐高溫過熱器管的處理策略

2.1 腐蝕處理策略

腐蝕程度與腐蝕物質的溫度和劑量密切相關，高溫加劇腐蝕。腐蝕劑越大，腐蝕性越大，通常，當允許使用燃料時，選擇升華含量較低的煤，以減少過熱器管道的腐蝕，不可能將過熱器管道溫度降低到500℃以下，并且不可能為了避免腐蝕將運輸的灰燼完全凝固，因此，管壁溫度調節是有效的方法之一。此外，應注意防止氧氣腐蝕；新窯爐投產時，應進行化學清洗、除銹除垢，并在墻體內部形成均勻的保護膜；在運行過程中，水質應達到標準，適當降低pH 值或增加鍋爐氯化硫酸鹽含量。

2.2 超溫處理策略

導致溫度升高的因素主要包括管道的熱阻、煙側溫度高和管道內工作介質流速低。預防措施包括：爐膛壓力不能過大，以免漏氣；及時調節管內蒸汽溫度；確保爐膛高度，注意空氣加速分布和外、外風旋轉強度，防止火焰中心向上移動；使用優質煤炭，并監督煤灰焦炭的及時清理，此外，鍋爐不能永久過載，所用管道必須滿足質量要求。

2.3 磨損處理策略

（1）風扇位于鍋爐兩側，一般兩臺同時工作，耗氣量要平衡。在操作過程中，必須保持這樣的平衡，以保證煙囪內煙氣流速正常，避免因流速高或流速低而使飛灰磨損，導致飛灰停止。（2）對爐內負壓和過量氧氣實行嚴格控制，為了控制煙氣流速，減少加熱區的磨損。（3）盡量控制過量氧氣。煙霧和氣體的流動速度可以通過控制空氣量來控制，同時應及時檢查各部件的漏氣情況，如果發現泄漏，必須在第一時間停止。（4）減少受飛灰影響的管道數量和速度，或提高管道的耐磨性，以避免飛灰磨損，例如增加過濾器以改變流向和流速；爐內附加粉塵裝置；避免局部過熱；耐磨蓋應安裝在易磨損管道表面，還需要選擇適合煤的爐型，以提高煤粉的細度，調節燃燒，保證完全燃燒。

2.4 監管處理策略

鍋爐高溫過熱器管焊接工藝有嚴格要求，焊工必須嚴格按照實際生產要求，全面控制管道內部組織，并建立完善的質量控制體系，加強對整個運行過程的嚴格控制。為了保證施工人員的行為和標準，提高設備的安全性，同時，切實保持現場施工質量，明確每名人員的具體職責任務，不斷提高操作人員質量安全監督意識，實施動態控制，從根本上避免高溫過熱器管件泄漏。

3 發電廠鍋爐高溫過熱器管的檢查方法

3.1 微觀檢查法

通過對滲漏相關結構的檢測，發現高溫計管有多處細小裂紋，有的地方因高溫，孔洞被撕裂，微組織也發生變化，形狀變為空腔。過熱器管的碳化物也有一定程度的球化作用，用顯微鏡觀察到的過熱器管內氧化程度低，也表明短期高溫不利于管內壁的氧化。此外，高溫過熱器的焊縫和管徑在形狀和粗膨脹形式上都不會發生變化，因此高溫過熱器管材的焊縫不會因應力剪切而斷裂。經過多次檢查，發現過熱器管焊縫在高溫下的焊縫質量在允許規范范圍內。對密封箱內所有焊縫進行X 光探傷，沒有發現有渣、孔隙度、未焊透等缺陷。

3.2 宏觀檢查法

待鍋爐停止運行后，用內窺鏡檢查熱管入口的相關部位，過熱器底座上的節流孔和U 形彎底均未暴露出任何問題。經過仔細檢查，發現過熱器管在高溫下呈垂直裂紋，呈喇叭形。經多次檢查，發現過熱器泄漏是粘度斷裂損壞造成的，泄漏后管徑增加23%，這種現象是由于過熱器管在短時間內被高溫加熱造成的。另外，過熱器管路其他部位也存在因受熱導致管壁變薄的現象，但管徑未發生明顯膨脹，管壁厚度仍在技術標準范圍內[1]。

3.3 試驗檢查法

在對發電廠鍋爐高溫過熱器管泄漏狀況進行檢查試驗時，應著重注意以下幾方面：

1.硬度檢查，在外管和彎管內部進行顯微維克斯硬度試驗（試驗結果見表1），直填料和彎管之間的硬度差很小，表明彎管的固溶性和工藝應力的解除。

表1 硬度試驗檢測結果

2.成分檢查，選擇用于分析彎曲化學成分的直接讀出光譜儀（試驗結果見表2）。由此可知，彎曲的化學成分符合標準要求。

表2 成分試驗檢測結果

4 發電廠鍋爐高溫過熱器管的防治要點

4.1 擬定檢修方案

超臨界直流鍋爐機組600兆瓦實例，在運行過程中，三級過熱器高溫段出口管路明顯膨脹并不斷增大，最終導致破裂，導致嚴重泄漏。經后期仔細檢查，發現過熱器第三級膝關節彎曲側明顯厚度，管壁薄。研究發現，過熱器三級鍋爐出口的最小彎曲半徑只有29 毫米。長時間過載后，7-6 管內流量增大，電阻增大，最終導致雷管泄漏。故障排除過程中，將彎曲半徑從29毫米增加到75 毫米，為了最大限度地減少管道中異物堵塞的可能性，還需要定期檢查管道的延伸和加厚情況。

如果管道嚴重損壞，必須立即更換，小直徑的接頭必須用熱處理。更換管道后，嚴格按照要求進行熱處理和焊接。在選擇管道時，必須保證其質量符合鍋爐運行的實際需要，并避免在運行過程中因加熱不均勻而發生氧化剝落，從而進一步堵塞管道，導致超熱管爆炸。保證管道質量，避免過熱器雷管和源漏，只有結合實際，制定科學的設計維護方案，才能避免安全隱患，排除隱患，避免過熱器管件泄漏。

4.2 做好運行預防

鍋爐的運行和預防是消除高溫過熱管泄漏的關鍵前提，因此，更應在運行過程中做好預防工作。具體可采取以下措施：（1）在鍋爐運行過程中，煤灰控制是最重要的環節，也是最難控制的環境。粉塵的過程和循環需要綜合考慮。一方面檢查操作模式是否正確，設備是否存在隱患，以提高除灰器的工作效率。另一方面，在運行過程中檢查除塵器排水是否順暢，一旦發現堵塞故障，立即關閉閥門。此外，必須定期檢查除塵器是否正常工作，例如桶的垂直度，并定期清除鍋爐的爐渣。（2）高溫過熱器的工作狀態是由一個參數決定的，該參數的控制方式可以預先預測和確定是否存在爆炸和泄漏的危險。這里需要引進先進的監測設備，特別是鍋爐壁溫度的變化以及鍋爐內的水壓和狀態，用這些參數預測事故。鍋爐啟動和停止時，還應嚴格遵守啟動和停止曲線控制參數。例如：在冷卻模式下啟動鍋爐時，觀察溫度升高的速度，然后分析不同溫度的存在。如果是，則密切觀察熱應力對焊縫穩定性的影響。（3）鍋爐正常運行時，水位處于正常狀態，這與合理用水降溫密切相關。鍋爐運行時，用給水泵調整水位，在泵出口連接冷卻水管道。鍋爐起動停機乃至發生相關事故時，應觀察水位波動，判斷是否超過溫度，然后合理使用冷卻水，以減輕鍋爐負荷，保證鍋爐在異常溫度下不工作。

4.3 運用輔助平臺

一旦正確發現泄漏原因就應及時采取補救措施，還必須提供適當的輔助平臺來協助工作，以達到事半功倍的效果。平臺的核心模塊包括：（1）平臺運行功能由鍋爐運行過程管理模塊組成，包括：項目管理、文件存檔、記錄保存、擴展指令管理、爆炸記錄保存、關鍵崗位降級分析。（2）鍋爐加熱面的腐蝕和加厚取決于鍋爐的運行狀態、除塵器的運行狀態、化工水的質量和煤質量的變化。數據管理模塊用于收集和匯總與其他平臺相關的數據，并用于實時監測、分析和警報。這些數據主要包括金屬壁溫度數據、操作調整數據、灰塵監測數據、化學水監測數據、煤炭監測數據等。功能層包括：金屬壁熱控制、運行數據分析、灰分統計分析、水化學分析等功能模塊。（3）三維可視化模塊基于高精度三維模型，涵蓋鍋爐四管、各級連接管、各級集熱器進出口、分離器、給水管、蒸汽干線等裝置。通過三維模型可以直觀地了解鍋爐結構、材料分布和焊縫位置的基本物理信息。基于三維模型的三維可視化控制模塊可實現與基本熱表面核算數據、維修信息、爆炸處理信息、金屬壁溫度監測信息、缺陷分析信息等的鏈接，通過熱表面可以快速獲取信息。

4.4 注意預防事項

考慮到現代電廠鍋爐運行的安全性和經濟性要求，應積極將預防性維護理念引入鍋爐過熱器的維護管理中。掌握電廠鍋爐運行情況后，選擇合適的鋼管進行維修，在焊接管材時注意管材內壁的清潔度和管材內焊的平整度，從而降低管材內流對管材壓力的影響，減少管材爆炸。同時，對現場技術指導、控制等人員進行改進，確保鍋爐蒸汽過熱器控制質量，防止鍋爐蒸汽過熱器雷管發生。考慮到粉末差異對鍋爐蒸汽過熱器管道的影響，應根據煤粉在日常運行中的狀態調整運行參數，確保燃煤效率與鍋爐運行安全一致。參數和運行模式的調節可防止電廠鍋爐過熱雷管的發生，應用預防性維護和有針對性運行控制的理念，可防止電廠鍋爐過熱器起爆。

5 結語

總而言之，為適應現代電廠鍋爐運行的需要，在電廠鍋爐運行過程中應注意了解鍋爐的運行模式和設計參數。鍋爐過熱器的維護工作應通過了解鍋爐的基本運行條件來確定，應根據過熱器管路的使用壽命來確定維護更換方案，以達到預防性維護維修的目的，提高電廠鍋爐全過程控制的質量，在質量標準和工藝要求方面，以細致的方法消除萌芽狀態下的隱性質量缺陷，提高電廠鍋爐運行的安全性和穩定性。