百萬千瓦火電機組鍋爐水冷壁爆管分析

經驗人：春國成

百萬千瓦火電機組鍋爐水冷壁爆管分析

經驗人：春國成

大容量與高參數是我國電廠鍋爐目前的發展方向，因此在鍋爐的設計、制造安裝以及運行的過程中有了更高的要求，近幾年投運的百萬千瓦火電機組鍋爐水冷壁都不同程度的出現了爆管。通過對鍋爐在制造、安裝和運行方面產生爆管原因的分析，提出了針對性的預防措施。

水冷壁作為電廠鍋爐的輻射受熱面，因其熱負荷大，長期在鍋爐水和火焰的高溫沖刷下，易產生高溫蠕變。不穩定的燃燒狀況、變化的工質溫度以及達不到最低質量流速的工質等因素情況，很容易引發管壁熱疲勞、傳熱惡化，會使水冷壁壁管力學性能降低、過熱而爆管。

隨著鍋爐容量的不斷增加，鍋爐水冷壁爆管的幾率亦在增高。我國的百萬千瓦機組在整套啟動試生產過程中以及正常運行后普遍出現了爆管問題。因壓力高，爆管后極易引發群體效應，諸如鍋爐水冷壁爆管后可能會把爆管點附近的受熱面的管子嚴重吹傷、浪費工質和燃料、被迫停運、增加成本等，給電廠帶來的經濟損失是巨大的；爆管必然引發突然甩負荷，沖擊電網的穩定運行；另電廠鍋爐啟動次數增加，使電廠排放量增大，影響當地生態環境。爆管使鍋爐的安全運行難以實現，因此有必要對爆管的因素分析論證。

鍋爐水冷壁爆管原因分析

由于百萬千瓦機組鍋爐爐膛結構大，爐膛火焰溫度高，鍋爐蒸汽壓力、溫度高，鍋爐受熱面管道合金鋼材質更多原有的鍋爐安裝方法和工藝以及生產技術已不能完全適應百萬千瓦機組鍋爐安裝要求，在實際安裝和生產中難免出現問題。實踐表明，在鍋爐運行的初期，鍋爐水冷壁爆管主要是由于制造、安裝過程中管內清潔度未控制好、焊口存在缺陷和受熱面管子母材存在缺陷等原因造成；在鍋爐運行的有效壽命期，鍋爐水冷壁爆管原因主要是由于運行、檢修原因造成的。

鍋爐制造中的缺陷

相對亞臨界和超臨界鍋爐而言，超超臨界鍋爐參數高，蒸汽流量小，受熱面管子口徑也小，相應地管系中用于調節阻力損失的節流孔圈內徑也小，彎管多易堵塞。節流孔板可以對流量合理進行分配，鍋爐吸熱比較均勻。但鍋爐在其制造以及安裝時可能存在一些雜物，易造成節流孔嚴重堵塞甚至爆管，在設備制造過程中，有時會出現制造廠鍋爐受熱面管道錯用鋼材；節流孔圈未鉆通；節流孔圈安裝錯誤；管子偏心；聯箱內有異物等現象，造成了管子超溫和爆管。

鍋爐安裝中的缺陷

在鍋爐安裝的過程中有可能存在管子、集箱等設備內部不清潔 ，在組合和安裝前檢查、清理措施不完善以及清理不干凈，造成在后續過程中清理困難；施工方案中缺少磨口、割管、異物防范；焊縫不合格失效，管道彎制變形超標或有機械損傷；水壓、酸洗、吹管時水沖洗方案不完善 ；檢驗制度不完善等情況，這就可能造成一些鍋爐水冷壁爆管隱患帶到機組整套試運環節中去。

運行操作中的缺陷

1.鍋爐水冷壁壁管的磨損

因磨損使壁管厚度嚴重減薄是水冷壁產生爆管現象的重要因素，管道減薄部位因受力不均勻承擔不了該應力。一次風粉混合物噴進爐膛時，若噴燃器安裝角度不恰當、設計切圓過大、噴嘴在運行中燒壞或變形以及穩燃設施布置不當等，將會使煤粉氣流沖刷水冷壁管，引起管壁磨損減薄、漏泄。

2.水質及其測量儀表設備精度不符合要求

當鍋爐熱負荷比較高，并且鍋爐水質出現比較差的情況時，或者化學水檢測儀表設備精度達不到標準要求時，鍋爐水冷壁管內容易產生結垢，管壁結垢又加劇了其傳熱惡化，形成惡性循環引起鍋爐水冷壁爆管。

3.氧化物沉淀堵塞爆管

如果鍋爐水在運行中容易產生氧化物并且會沉積在鍋爐的某一部位影響鍋爐的運行時，會因水冷壁氧化物沉淀而造成水冷壁被堵塞，嚴重時將使水冷壁產生超溫爆管事故。

4.爐溫不穩定

因運行操作等問題，使鍋爐水溫度不穩定時，比如降溫速度過快等情況，會使爐管內部的氧化皮產生大量脫落情況，會嚴重堵塞爐管的彎頭，使鍋爐產生超溫爆管。

5.鍋爐燃燒操作調整問題

鍋爐燃燒操作調整的不合適時會產生偏燒或者過燒現象，易使鍋爐的水冷壁產生超溫而造成爆管，另外，作為檢測爐管超溫的測量點數量達不到要求，不能使運行人員及時發現爐管產生超溫的情況等因素也會產生鍋爐水冷壁因超溫而爆管事故。

鍋爐水冷壁爆管預防措施

鍋爐制造控制措施

鍋爐制造過程采取多方共同監督的方式。根據鍋爐制造進度，安排有資質的鍋爐監造單位與建設單位分別派專人同時在制造現場全程監督鍋爐制造過程，消除鍋爐受熱面的制造缺陷，避免發生用錯材料、處理不規范，不認真等情況。

鍋爐安裝控制措施

施工安裝單位、監理單位及建設單位完善質監組織機構，嚴格監視管子制造、安裝和檢修過程中質量達到設計要求。

建設單位與施工安裝單位簽訂鍋爐安裝清潔度協議，對安裝過程中的鍋爐清潔度不定期檢查，并對施工安裝單位進行考核。

要求施工單位根據設計和現場實際情況完善施工方案，確保管子、集箱清理干凈，杜絕安裝時異物進入系統，保證焊接質量，消除安裝缺陷；改進水壓、酸洗、吹管施工措施 ；在易堵部位增加壁溫測點；完善質檢計劃，吹管后對易堵管部位進行檢查。

運行操作控制措施

1.加強燃燒凋整，檢查消除磨損隱患

結合生產運行的實際情況，通過加強燃燒凋整、合理配風等措施，避免煙氣直接沖刷水冷壁。

停爐檢查時仔細觀察水冷壁易磨損部位情況，檢查噴嘴情況，及時按設計要求調整噴燃器安裝角度和穩燃設施布置等。

加強吹灰管理，合理制定吹灰程序和參數。

2.強化儀表和化學水質量管理

加強化學水在線儀表的維護和改造，保證儀表設備準確可靠，及時消除化學水處理設備的缺陷。

鍋爐啟動前加強系統的沖洗，啟動后加強給水、爐水和凝結水的取樣、化驗、加藥處理以及鍋爐排污，當鍋爐投入正常運行后，要確保鍋爐一定的連續排污量。

3.采用給水加氧的鍋爐水處理方式

在機組穩定運行后，通過采用給水加氧的鍋爐水處理方式，使汽水系統中鐵離子濃度顯著降低，鍋爐的結垢速度明顯降低，這能提前預防水冷壁節流孔板產生氧化物堵塞導致的超溫爆管。

4.合理調整負荷

依據鍋爐特點優化工藝操作方案和規程，嚴格按照方案和規程進行操作，嚴禁負荷調整過快，避免工質溫度變化過快造成內部氧化皮脫落堵塞彎頭導致爆管。

5.降低超溫概率

為了更好的監測局部超溫現象，防止爆管發生，在水冷壁易超溫區域增加熱電偶溫度測點，以便能及時發現超溫情況并采取有效措施，降低鍋爐水冷壁超溫爆管的概率。

強化運行人員安全生產意識，提高操作水平，優化調整鍋爐運行燃燒程序，制定安全可靠的應急預案，杜絕偏燒、過燒造成局部管道過熱，避免鍋爐因超溫而爆管現象的發生。

使用磁性檢測方法定期對鍋爐底部管道彎頭的雜質堆積情況進行檢查，對存在的問題及時解決。

結束語

百萬千瓦機組的安全穩定運行取決于鍋爐能否安全穩定運行，百萬千瓦機組鍋爐容量大，壓力溫度高，結構復雜，使鍋爐水冷壁爆管的潛在因素增加，通過不斷提升鍋爐等設備的制造、安裝和運行操作水平，達到降低鍋爐爆管的目的，提高百萬千瓦機組安全運行的穩定性和經濟性。

春國成

大唐陜西府谷煤電有限責任公司

春國成（1973-）男，河南漯河人，碩士，工程師，主要從事火力發電技術管理工作。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.18.041