電站鍋爐“四管”泄漏典型事件分析及防治措施

張錦文

(華電電力科學研究院，浙江 杭州 310030)

0 引言

鍋爐過熱器、再熱器、水冷壁、省煤器等4種受熱面管(以下簡稱“四管”)泄漏常常導致機組停運。根據歷年的統計，“四管”泄漏導致直接停機的次數基本占同期機組總強迫停運次數的30%，是造成火力發電機組強迫停運的最主要原因。由于近幾年投產的新機組參數高、容量大，“四管”泄漏導致停機造成的損失更大，發電廠面臨的少發電、被電網考核的壓力也更大。分析“四管”泄漏原因，找出防治“四管”泄漏的方法，從而制訂行之有效的防治措施，對降低機組強迫停運次數，提高發電企業的經濟效益和樹立良好的社會形象具有重要意義。

1 鍋爐“四管”泄漏情況統計

2008年中國華電集團公司(以下簡稱華電集團)系統內火電廠共發生鍋爐“四管”泄漏86次，直接造成機組停運72次，占當年停機類缺陷總數的29.03%。2008年“四管”泄漏按部件分:過熱器34次，再熱器10次，水冷壁37次，省煤器5次。

2009年華電集團系統內火電廠“四管”泄漏86次，直接造成停機47次，占當年停機類缺陷總數的19.42%。2009年“四管”泄漏按部件分:過熱器36次，再熱器15次，水冷壁27次，省煤器8次。

2010年1—9月華電集團系統內電廠“四管”泄漏70次，直接造成停機56次，占同期停機類缺陷總數的32.75%。2010年1—9月“四管”泄漏按部件分:過熱器25次，再熱器18次，水冷壁18次，省煤器9次。

2008年“四管”泄漏按泄漏原因分:磨損，29次(飛灰磨損23次、吹灰器吹損5次、沖刷減薄1次);與焊口有關的，17次(焊接質量13次、疲勞4次);拉裂(鰭片拉裂、固定塊拉裂及穿墻管拉裂)，14次;與管子制造質量有關的，11次;過熱或材質老化，11次;管子外傷或焊接弧坑，3次;應力腐蝕1次。

2009年“四管”泄漏按泄漏原因分:磨損，28次(飛灰磨損20次、吹灰器吹損8次);過熱或材質老化，20次(超(超)臨界機組超溫、異物堵塞引起過熱爆管9次);拉裂(鰭片拉裂、固定塊焊縫拉裂)，13次;與焊口有關的，12次(焊接質量11次、焊縫疲勞1次);與管子制造質量有關的，10次;機械損傷，1次;設計原因，1次;錯用材質1次。

2010年1—9月“四管”泄漏按泄漏原因分:磨損，27次(飛灰磨損25次、吹灰器吹損2次);過熱或材質老化，15次(超(超)臨界機組超溫、異物堵塞引起過熱爆管6次);拉裂(鰭片拉裂、固定塊焊縫拉裂)，11次;與焊口有關的，13次(制造焊口質量3次、安裝焊口質量4次、檢修焊口質量3次、焊口老化裂紋3次);與管子制造質量有關的，3次;設計原因1次。

從2008年、2009年，2010年1—9月“四管”泄漏原因看，飛灰磨損和蒸汽吹損、受熱面超溫或異物堵塞引起管材過熱是“四管”泄漏的2個主要原因，而鰭片或定位塊焊縫拉裂、焊口質量、管材質量等原因也占了較大的比重。

2 新建鍋爐“四管”泄漏情況統計

2005年1月1日以后投產的新機組在2008年共發生泄漏38次，占2008年“四管”泄漏總數的44.19%。其中:600 MW 及以上超(超)臨界機組“四管”泄漏14次，占16.28%;600MW亞臨界機組“四管”泄漏2次，占2.33%;循環流化床鍋爐“四管”泄漏12次，占13.95%;投產半年內的新機組“四管”泄漏2次，投產不到1年的新機組“四管”泄漏共4次，占4.65%。

2005年1月1日以后投產的新機組在2009年共發生泄漏49次，占2009年“四管”泄漏總數的56.98%。其中:2006年以后投產的600 MW及以上超(超)臨界機組“四管”泄漏23次，占26.74%;循環流化床鍋爐“四管”泄漏9次，占10.47%;投產半年內的新機組“四管”泄漏5次;投產不到1年(含投產半年內)的新機組“四管”泄漏共6次，直接造成停機6次，占2009年“四管”泄漏總數的6.98%，占2009年因“四管”泄漏原因直接導致停機總次數的 12.77%。

2010年1—9月，2006年1月1日以后投產的600 MW及以上超(超)臨界機組“四管”泄漏20次，占同期“四管”泄漏總數的28.57%;循環流化床鍋爐“四管”泄漏20次，占同期“四管”泄漏總數的28.57%;投產不到1年的新機組“四管”泄漏共4次，直接造成停機4次，占同期“四管”泄漏總數的5.71%。

某型號10臺超臨界鍋爐自2006年8月3日相繼投產后，截至2010年9月底共發生“四管”泄漏54次，其中因超溫導致管材過熱爆管17次，安裝質量原因導致“四管”泄漏13次，管材質量及結構不合理等制造原因導致“四管”泄漏12次，檢修和運行方面的原因導致“四管”泄漏12次。

由此可以看出，電力體制改革后電力裝機容量迅猛上升期間投產的機組，“四管”泄漏問題較為突出，尤其是超(超)臨界機組超溫、安裝質量、制造質量問題及循環流化床鍋爐管的磨損問題，應引起足夠重視。

3 鍋爐“四管”泄漏典型原因分析

3.1 設計選材值得商榷

上面提到的某型號超臨界鍋爐高溫過熱器及高溫再熱器進、出口段使用T23管材及T91管材，由于選用管材的抗氧化溫度較其他型號鍋爐使用的TP347管材的抗氧化溫度低，管材內壁生成氧化皮脫落堵塞，致使該管蒸汽流量減小，加之在高溫水平段受到的煙氣熱負荷較大，管壁溫度超過材料的允許溫度而發生超溫。同時，由于選用管材在設計溫度時的許用應力較低，計算壁厚較大，管材內徑較小，管內蒸汽流量也較小，也容易出現超溫，導致超溫爆管現象較頻繁。自2006年8月3日相繼投產后，該型號鍋爐高溫過熱器、高溫再熱器因超溫共發生爆管17次，占該型號鍋爐投產以來“四管”泄漏總次數的31.48%，明顯高于其他爐型。

如某鍋爐運行12 072 h后，于2008－09－21 T 16:00，2008－10－04 T 13:00連續發生2次爆管，爆管位置均為末級過熱器進口段迎流面，爆管材質均為 SA213 －T23，規格為 ? 38.10 mm ×7.96 mm。

第1次爆管時，爆口沿縱向開裂，爆口長約47 mm，寬約21 mm，呈嘴巴狀。爆口附近管徑嚴重脹粗，最大直徑為? 43mm，脹粗量達13%。爆口管壁減薄明顯，邊緣銳利呈刀刃狀。爆管內外表面均附有較厚的氧化皮，且氧化皮沿縱向大量開裂，部分剝落。

第2次爆管爆口形貌與第1次相似，爆口具有典型的過熱爆管特征。爆口沿縱向張開;爆口邊緣壁厚明顯減薄，呈楔形;爆口附近管徑明顯脹粗;爆口附近管子內外表面均覆蓋有一層較厚的黑褐色氧化皮，且表面有許多平行的縱向氧化皮開裂;爆口附近材料的金相組織均發現有蠕變孔洞和蠕變裂紋。

T23管材化學成分與T22管材相近，用于受熱面管最高適用溫度以580℃為宜;廠家設計的溫度上限為593℃。而從該鍋爐壁溫在線監控系統看，當主汽溫度達到565℃時，T23管材壁溫報警較多，該系統報警溫度設定在600℃，說明T23管壁溫已超過600℃，高于廠家設計溫度上限，設計選用材質存在商榷之處。

3.2 安裝焊接不規范導致水冷壁泄漏

某鍋爐右側約56 m后墻折焰角背火面靠右側墻第1根管與第2根管之間泄漏。原因為基建安裝時將固定保溫的鋼板梁直接點焊在管子上，運行中由于水冷壁管與梁之間膨脹量的差異，會產生較大的應力，當點焊部位焊接質量不合格時，就容易造成點焊部位拉脫，進而拉傷管子而導致泄漏。

3.3 煙氣磨損

如某電廠2臺超超臨界機組3 d內相繼發生2次省煤器因磨損減薄泄漏事件。從現場情況看，#1鍋爐省煤器入口集箱與后豎井中間隔墻之間的隔板連接方式為斷續焊。一方面由于熱膨脹，焊縫已經完全開裂，隔板與省煤器入口集箱之間的縫隙形成“煙氣走廊”;另一方面由于過熱器側煙道與再熱器側煙道之間存在煙氣壓力差，煙氣由過熱器側通過“煙氣走廊”進入再熱器側沖刷省煤器管子，導致管子減薄而發生泄漏。在#2鍋爐基建期間，后豎井中間隔墻安裝時，下部集箱附近部分管子之間的鰭片漏裝形成“煙氣走廊”，由于過熱器側煙道與再熱器側煙道之間存在煙氣壓力差，煙氣自過熱器側通過“煙氣走廊”進入再熱器側，長期沖刷省煤器管子，導致管子減薄而發生泄漏。

3.4 床料進入管內致水冷壁過熱爆管

如某300 MW循環流化床鍋爐30多天內連續發生3次爆管，經分析認為第1次爆管后形成60 mm×43 mm的爆口，標高16.7 m，爆口距床料只有500 mm，在啟風機冷卻過程中，床料進入發生爆管的管道并沉積在該管內，管內介質流動受阻，運行時管內介質流量達不到設計值，導致該管高熱負荷管段管壁過熱而發生爆管。

第2次爆管后進行原因分析時被安裝焊口所誤導，對于管內遺留的白色床料物質沒有高度重視，沒有找出引起爆管的真正原因，沒有檢查管內異物情況，從而引發第3次爆管。

3.5 聯箱內異物堵塞管口致管壁過熱爆管

某超臨界鍋爐高溫過熱器出口集箱入口管左數第33排爐前往爐后數第4根(? 45 mm×8.5 mm/T91)10 d內連續發生2次爆管。第2次爆口距離高溫過熱器出口集箱管座約1 500 mm，爆裂管段為鍋爐廠隨管屏帶來的T91管段部分，下方100mm即為T91/TP347H異種鋼管接頭。

爆口呈魚嘴形，軸向張口約34 mm，橫向張口約6 mm，爆口邊緣較粗鈍。在緊鄰爆口邊緣位置測量管徑脹粗，爆口邊緣管徑約為 50.7 mm，脹粗12.7%;遠離爆口的T91段末端管徑為46 mm，脹粗2.22%。爆口附近內外壁均可見一定厚度的氧化層，其上分布有樹皮狀縱向裂紋，具有長時超溫爆管的典型特征。

爆口處出現蠕變孔洞，組織完全球化，均符合長時超溫的微觀特征。

割開爆裂管子所在管屏的爐前最外側管，用內窺鏡對該管屏進行檢查發現左數33排爐前第4根管(爆管)入口? 14.0 mm節流管圈中堵塞有塊狀鐵渣，半截卡入管口，較緊，磁鐵無法吸出，經過打撈將異物取出。

4 減少鍋爐“四管”爆漏的思路

4.1 設計選材

近幾年投產的超臨界鍋爐過熱器、再熱器管，因管內氧化皮脫落堵塞、長期超溫而使爆管事件頻發，而且常常會有一大片管子受損，造成重復爆管，給電廠安全運行帶來很大壓力。

在設計選材時，應高度重視新型耐熱材料的高溫抗氧化性能及材料組織的老化規律，同時要考慮熱偏差因素的影響，保證材料有一定的安全裕度。從近幾年超臨界鍋爐受熱面管服役情況看，T23管材使用區域的管壁溫度不宜超過580℃;T91管材使用區域的管壁溫度不宜超過600℃;超臨界鍋爐高溫過熱器、高溫再熱器管不宜采用T23管材。

在采用奧氏體不銹鋼材料時，管材應經過時效處理，管材內壁宜進行噴丸處理。

4.2 制造質量控制

受熱面管材質量和受熱面加工制作質量決定著受熱面在一定工作條件下的基本壽命，應高度重視并認真做好鍋爐受熱面材料及受熱面管制造過程中的監督、檢查、檢驗工作，對不同廠家或同一廠家不同批次的材料均應進行檢查、檢驗，確保材質和管材質量合格。受熱面加工時應嚴格控制加工工藝，特別是彎管、焊接、熱處理工藝，確保材料品質和制造質量符合要求。

4.3 安裝質量控制

受熱面安裝質量是影響受熱面使用壽命的一個重要因素，應做好以下幾方面的工作:

(1)運輸與存放。受熱面管排在運輸途中或安裝現場存放時，應擺放規范、平整，做好防銹和管口封堵工作，管屏應高出地面一定高度，管屏之間應有木板隔開，避免管排發生銹蝕、碰磨、變形。

(2)管材材質與質量。隨著機組容量和蒸汽參數的提高，受熱面管涉及鋼種多、規格多、壁厚大，有的管屏內外圈材質及規格不同且上下部材質及規格也有差別，安裝前應按要求認真進行復驗，防止管材錯用;在采用代用材料時，應從成分、性能、壁厚、使用條件等多方面綜合、慎重考慮。

受熱面管或管屏應按規程規范要求的項目、比例認真檢驗，受熱面管內外表面不應有裂紋等規程標準中不允許存在的缺陷，鋼管表面的裂紋、劃痕、擦傷和凹陷等缺陷應完全清除并圓滑過渡，清理處的實際壁厚應滿足規程、規范的要求。

(3)焊接質量控制。焊接質量是受熱面安裝質量控制中的重中之重。在安裝期間，應從焊接材料的采購保管使用和回收、焊接人員資質和數量、工藝評定與工藝卡、施工方案、作業指導書、焊接過程、焊接環境、焊前預熱和焊后熱處理、焊接記錄、焊接質量檢驗等多個角度進行檢查，同時要理清思路，突出重點，切實做好事前控制和過程管理。在雨季施工時，重點檢查焊條的保管和烘焙;在冬季施工中，應特別注意T91，T92，T911，T122等合金成分含量高的新型耐熱鋼的焊前預熱和焊后熱處理工作，避免焊縫及熱影響區產生裂紋。

(4)受熱面管與聯箱清潔度。受熱面與聯箱內的鐵屑、熔渣、小截焊條或其他細小金屬物件等雜物阻礙甚至切斷受熱面管內介質的流動，使受熱面管局部過熱而爆管，此類事件時有耳聞，在超(超)臨界直流鍋爐中更是屢見不鮮。安裝前和安裝時，一定要認真檢查清理并及時做好受熱面管口和聯箱上手孔的封蓋工作;必要時，直流鍋爐沖管后應割開屏過進口聯箱手孔等，使用內窺鏡檢查聯箱內是否存在異物。

4.4 運行管理

鍋爐運行時的參數控制，對受熱面的壽命有較大影響，運行中應做好以下工作:

(1)鍋爐啟動、停爐時應嚴格按照啟、停曲線要求運行，控制鍋爐參數和各受熱面的管壁溫度在允許范圍內并嚴密監視、及時調整，防止升溫、升壓速率過大而造成“四管”受損傷。

(2)對于超(超)臨界機組而言，應嚴格監控鍋爐各運行參數及汽、水品質，防止超溫、超壓，控制好汽水分離器水位，防止高水位時蒸汽帶水而影響蒸汽品質，發現受熱面有超溫現象應及時調整，防止生成氧化皮后氧化皮脫落而堵塞管子。

(3)鍋爐燃燒器應對稱均勻地投入，保證火焰中心適宜，不沖刷水冷壁，防止結渣，減少熱偏差，同時要注意控制好風量，避免風量過大或缺氧燃燒，防止過熱器超溫或鍋爐尾部再燃燒。

(4)優化吹灰方式，防止受熱面管被吹損。

(5)鍋爐結渣時，應及時進行吹灰和清除，防止形成大渣塊，從而防止大渣塊掉落砸壞冷灰斗水冷壁管。

4.5 檢修質量控制

在受熱面檢修方面，應注意以下幾點:

(1)正確選擇備用管材、焊材，防止材質錯用，控制管材和焊接質量。

(2)落實檢修責任制，實行“預防為主、逢停必查、分區管理、責任到人”的原則，真正做到大修徹底查、小修全面查、機組備用或臨修重點查，加強受熱面管的壽命管理，預防和控制鍋爐“四管”泄漏。

(3)加強檢修過程和檢驗過程控制，嚴格執行檢修工藝要求，嚴防異物落入聯箱、受熱面管內，防止漏檢、誤判。

(4)隱蔽部位防磨防爆檢查問題值得認真研究。由于水冷壁和包墻過熱器等鰭片管管屏面積比較大，鍋爐外包裹保溫、護板，鍋爐內管道遮擋或不能到達，隱蔽性比較強，存在檢查盲區，有些缺陷不能完全檢查到。應加強鰭片、管屏突變和開孔部位的防磨、防爆檢查，對管屏運行中晃動、變形問題加強治理，盡量減少該部位的附加應力。

(5)噴燃器噴口燃燒器使用過程中損壞造成偏吹直接吹損水冷壁管;管排變形造成碰撞加劇而形成機械損傷;吹灰器通道受熱面管防護不當或吹灰器偏吹、參數調整不當而造成吹損。解決這些問題要從源頭入手，加強防護和檢查。

1)充分考慮因煤質差使燃燒器磨損加劇的現實情況，選用能保證一個大修周期內不損壞的燃燒器。

2)結合實際情況制訂并執行嚴格的吹灰器運行、維護、檢修考核制度，保證不因吹灰器問題造成管道吹損。

3)對易磨損、吹損部位提前做好防護措施(加裝防磨瓦或耐磨處理)。

4)利用各種停爐機會及時對易吹損、磨損部位檢查，將問題解決在萌芽狀態。

4.6 停、備用鍋爐保養

長期停、備用的鍋爐設備應嚴格按DL/T 956—2005《火力發電廠停(備)用熱力設備防銹蝕導則》進行防腐保護，超(超)臨界鍋爐的停、備用保養還需要不斷積累經驗。

4.7 燃煤管理

燃煤形勢越來越不容樂觀，加強鍋爐燃煤管理，保證入廠煤、入爐煤的灰分、揮發分、發熱量、含硫量四大指標合格，并探索鍋爐燃用高硫煤時的防護手段與措施，顯得越來越重要。

5 結論

電站鍋爐“四管”泄漏事件時有發生，泄漏的原因復雜多樣。防治“四管”泄漏是一項長期而艱巨的工作，是一項名副其實的系統工程，需要從材質選用和受熱面布置、制造質量、安裝質量、運行管理、檢修管理、停/備用保養、燃煤管理等方面著手，控制好每個環節，真正做到全過程控制。