電站鍋爐水冷壁管的失效分析及其預(yù)防措施

馬玉梅

（神華寧夏煤業(yè)集團太西炭基工業(yè)有限公司 寧夏 石嘴山 753000）

0 引言

以前質(zhì)監(jiān)部門鍋檢機構(gòu)主要精力放在大量的工業(yè)鍋爐檢驗上，只檢驗一些自備電廠的電站鍋爐，數(shù)量不多，容量也較小。由于與電力行業(yè)所面臨的研究對象有所不同，兩者的側(cè)重點、分析研究失效的方式也有所不同。總體來說，工業(yè)鍋爐與電站鍋爐的研究銜接不好，有關(guān)規(guī)程、規(guī)范和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)存在結(jié)構(gòu)性、內(nèi)容性、配套性和協(xié)調(diào)性缺陷。也由于鍋爐種類多，在一些法規(guī)、文獻、出版物中，在談到受熱面管的失效時，會有許多不同說法，在兩者之間存在著分類模型不統(tǒng)一、名詞術(shù)語不統(tǒng)一，既不夠系統(tǒng)和完善，又極易引起混淆。不管是質(zhì)監(jiān)部門還是電力行業(yè)，在體現(xiàn)科技進步、技術(shù)含量等方面都還不盡如人意。

1 水冷壁管爆管的原因

由于燃燒系統(tǒng)之脈動，熱力工況經(jīng)常變動，壁溫波動引起的交變溫度應(yīng)力會產(chǎn)生疲勞破壞。在具有膜式水冷壁的爐膛中，相鄰管子間的壁溫差一般不宜超過50℃，否則過高的熱應(yīng)力將引起焊縫撕裂。在受熱面承受很高熱負(fù)荷的情況下，若管內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流速不夠高時，就有可能出現(xiàn)沸騰傳熱惡化現(xiàn)象，將導(dǎo)致壁溫急劇上升而遭受過熱損壞。水冷壁受熱面管子一般選用20﹟鋼，其適用壁溫≤480℃。否則，力學(xué)性能得不到保證，還會產(chǎn)生高溫氧化破壞。

除了金屬溫度所引起的破壞之外，水冷壁受熱面還會經(jīng)受由于水垢沉積，導(dǎo)致傳熱不良而引起破壞以及外壁的腐蝕破壞，磨損破裂等。水冷壁受熱面的正常運行與鍋爐的結(jié)構(gòu)特點，特別是鍋爐水工況，爐內(nèi)空氣動力場及其燃燒工況以及燃燒室的熱負(fù)荷關(guān)系極大。產(chǎn)生上述破壞的原因與鍋爐的運行工況和結(jié)構(gòu)設(shè)計密切相關(guān)。具體是指：

1.1 鍋爐啟停工作不符合要求

鍋爐進水時，水溫或進水速度不符合規(guī)定;啟動時，升壓、升溫或加負(fù)荷速度過快;停爐時，冷卻過快，放水過快。這些都會使?fàn)t內(nèi)冷卻不均，產(chǎn)生過大熱應(yīng)力，以致鍋爐水冷壁管失效。

1.2 水循環(huán)破壞

鍋爐長時間低負(fù)荷運行，定期排污量過大且時間過長，燃燒控制不好或爐內(nèi)嚴(yán)重結(jié)焦等，都可能使水循環(huán)遭到破壞，造成膜態(tài)沸騰，使傳熱惡化，引起管子金屬過熱、蠕脹加速而爆破。還有的電站鍋爐在大修時對水冷壁化學(xué)清洗后，未將清除下來的鐵銹清理干凈而堵塞在管中，因而管壁超溫而引起水冷壁爆管。

1.3 管內(nèi)結(jié)垢腐蝕

爐水質(zhì)量差，水冷壁管內(nèi)部結(jié)垢，影響傳熱，使管壁溫度升高、承壓強度降低，以致產(chǎn)生鼓包甚至爆管。同時，結(jié)垢處易產(chǎn)生垢下腐蝕，造成泄漏或爆管。鍋爐停爐備用時，亦容易產(chǎn)生氧腐蝕。工業(yè)鍋爐結(jié)垢是由于鍋爐水質(zhì)不符合GB1576-2001《工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，而電站鍋爐結(jié)垢的原因主要是凝汽器漏泄，垢下腐蝕在一定條件下引發(fā)氫脆、堿腐蝕等。堿腐蝕也主要發(fā)生在熱負(fù)荷較高、應(yīng)力較集中的水冷壁管內(nèi)。如靠近噴燃器區(qū)域、燃燒帶上下部的管段、對接焊縫等熱負(fù)荷和應(yīng)力高的部位。

1.4 高溫腐蝕和管外磨損

當(dāng)燃料中含硫量較高，水冷壁管的壁溫高于300℃，一次風(fēng)煤粉火焰直接沖刷水冷壁管，局部缺氧呈還原性氣氛。當(dāng)CO 含量 0.9-4.9%，H2S＞0.01%時，高溫腐蝕不可避免。 火焰沖墻和還原性氣氛的存在是造成水冷壁高溫腐蝕的主要原因。水冷壁管發(fā)生高溫腐蝕的區(qū)域通常多在燃燒高溫區(qū)，即局部熱負(fù)荷較高，管壁溫度也較高的區(qū)域，如燃燒器區(qū)附近和冷灰斗處區(qū)域。發(fā)生高溫腐蝕的管子向火側(cè)迎火面的腐蝕速度最快，管壁減薄量最大。在降低煙氣氧含量采用低氧燃燒或為降低NOx而采用二次燃燒時，更要注意水冷壁煙氣側(cè)高溫腐蝕。

1.5 制造、安裝或檢修質(zhì)量不良

焊接質(zhì)量不好，彎管不符合要求使管壁減薄，管子受熱后不能自由膨脹，都會引起爆管事故。

1.6 結(jié)焦嚴(yán)重，打渣不及時會造成大塊焦渣崩落，砸壞冷灰斗水冷壁;有的電站鍋爐采用“水打渣”，這時水冷壁管可能產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力而損傷。

2 水冷壁管爆管的預(yù)防措施

2.1 改進、調(diào)整好燃燒系統(tǒng)及其運行工況，防止火焰撲向爐壁。

2.2 應(yīng)加強化學(xué)監(jiān)督，改善水質(zhì)，嚴(yán)格控制各項指標(biāo)及排污操作規(guī)范，一旦有循環(huán)水漏入，務(wù)必加鍋爐的排污，特別是定期排污。

2.3 消除凝汽器及凝結(jié)水泵的漏泄問題，品質(zhì)不合格的給水嚴(yán)禁進入鍋爐，防止結(jié)垢和腐蝕。

2.4 嚴(yán)格燃料管理，防止含有較多腐蝕性礦物質(zhì)如高硫或高堿金屬的煤進入煤場。

2.5 采用滲鋁鋼或熱噴涂方法提高水冷壁管的抗腐蝕能力，在易吹損部位進行防磨噴涂處理。

2.6 必須定時對爐膛吹灰，防止受熱面結(jié)焦，同時要防止因蒸汽對部分管子長期沖刷引起泄漏。

2.7 鍋爐的噴燃器必須對稱投入，保持燃燒均勻，改善貼壁氣氛。增減負(fù)荷盡可能按照規(guī)程要求執(zhí)行，嚴(yán)禁出現(xiàn)汽溫、汽壓突升、突降的現(xiàn)象發(fā)生。

2.8 對水冷壁高熱負(fù)荷區(qū)，應(yīng)關(guān)注氧化皮形成、管徑脹粗情況，按要求進行定期割管檢查。

3 水冷壁管的檢驗重點

水冷壁管子應(yīng)先把渣焦鏟干凈，然后重點檢查以下內(nèi)容：

3.1 高溫區(qū)定點測厚；燃燒器周圍和熱負(fù)荷較高區(qū)域水冷壁管、冷灰斗區(qū)域水冷壁管、折焰角區(qū)域水冷壁管、防渣管等應(yīng)定點監(jiān)測管壁厚度和脹粗情況。

3.2 水冷壁管結(jié)渣、腐蝕、超溫、磨損檢查；熱負(fù)荷較高或水循環(huán)流速較低區(qū)域水冷壁管是否有過熱、變形、鼓包、磨損、高溫腐蝕、脹粗、裂紋等缺陷，必要時應(yīng)增加測厚、脹粗量、變形量、割管和金相檢查，特別注意燃燒帶附近和冷灰斗處高溫腐蝕，循環(huán)流化床鍋爐進料口、出灰口和爐膛下部衛(wèi)燃帶區(qū)域的磨損。

3.3 水冷壁被掉焦砸傷、砸扁檢查；燃燒器周圍、各門孔兩側(cè)、沸騰爐的埋管、液態(tài)除渣爐的出渣口及爐底耐火混凝土與水冷壁管交界處等處是否有碰傷、砸扁、磨損、開裂、腐蝕等缺陷，必要時應(yīng)增加測厚和變形量測量。

3.4 頂棚水冷壁管是否有過熱、變形、脹粗、磨損等缺陷。

3.5 折煙角區(qū)域水冷壁管的工作特點是煙溫高、管路長、阻力大，檢查是否有過熱、變形、脹粗、磨損等缺陷。

3.6 防渣管由于結(jié)焦會使局部煙速過高，檢查是否有過熱、脹粗、變形、鼓包和疲勞裂紋等缺陷，必要時應(yīng)增加測厚或表面探傷檢查。

3.7 吹灰器附近和爐膛出口窗的水冷壁管是否有磨損減薄，必要時應(yīng)附加測厚檢查。

3.8 檢查膜式水冷壁鰭片焊縫開裂情況和嚴(yán)重變形，特別是易因膨脹不暢而拉裂的部位（如水冷壁四角管子、燃燒器噴口和人孔門部位的管子等），固定件是否有損壞、脫落現(xiàn)象。

3.9 支吊架、掛鉤檢查：檢查水冷壁拉鉤、管卡、膨脹裝置及止晃裝置，檢查管排平整度，間距均勻性。

3.10 監(jiān)視段割管檢查：必要時，熱負(fù)荷高處水冷壁割管進行垢樣分析和內(nèi)壁腐蝕檢查。

4 結(jié)束語

水冷壁管的失效是鍋爐安全使用中的突出矛盾，對確保鍋爐的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行將起到十分重要的作用。因而，如何解決水冷壁管的失效問題，針對鍋爐水冷壁管的失效模式進行研究并提出相應(yīng)的預(yù)防措施，一直是鍋爐從業(yè)人員，特別是鍋爐壓力容器安全監(jiān)察工作者需要探索研究的重要課題。

［1］鄭長緒.火力發(fā)電廠汽包鍋爐的水冷壁故障[C].中國鍋爐壓力容器工程進展，1989.

［2］劉素娥，朱自勇.水冷壁管受熱面失效分析[J].腐蝕科學(xué)與防護,1999(3).