余熱鍋爐低壓蒸發器出口管泄漏原因分析及處理對策

周 軍

江蘇華電儀征熱電有限公司

余熱鍋爐低壓蒸發器出口管泄漏原因分析及處理對策

周 軍

江蘇華電儀征熱電有限公司

E級燃機配套余熱鍋爐低壓蒸發器出口管存在著投產時間不長易泄漏的缺陷。本文以江蘇華電儀征熱電有限公司西門子E級燃機配套余熱鍋爐為例，從流體力學、傳熱學、設計參數等方面對其泄漏原因分析，以所監測數據為依據，找出造成低壓蒸發器出口管泄漏的原因，同時提出相應處理對策，可為燃機電廠防止余熱鍋爐“四管”泄漏提供借鑒。

余熱鍋爐；低壓蒸發器；腐蝕；對策

一、前言

江蘇華電儀征熱電有限公司E級燃氣—蒸汽聯合循環機組配有三臺余熱鍋爐，型號DG233.9/7.95/57.4/0.63-M106，為雙壓、無補燃、臥式、自然循環鍋爐，由高、低壓兩個壓力等級系統組成，高壓過熱蒸汽額定出口壓力7.95MPa，額定出口溫度523.4℃；低壓過熱蒸汽額定出口壓力0.63MPa、額定出口溫度225.7℃；低壓蒸發器出口額定壓力為0.63MPa，額定溫度為225.7℃。

低壓蒸發器依序布置5排管屏，每排分左右2組，共計10組管屏，每個管屏出口設置一個出口聯箱，共計10個出口聯箱，前三排每個出口聯箱上各布置3根出口管，規格為Φ168×5mm，后兩排每個出口聯箱布置2根出口管，規格為Φ133×5mm，出口管經過3個彎頭后進入低壓汽包。

三臺余熱鍋爐在投產運行一年多時間后，均發生低壓蒸發器出口管侵蝕減薄甚至爆管的問題。

二、出口管泄漏后檢查

通過對余熱鍋爐（以#4為例）低壓蒸發器出口管兩個泄漏口檢查，均位于第一排，分別為最東側和最西側，兩個泄漏點均在出口管與聯箱管座的焊縫處，為腐蝕減薄穿孔。出口管內存在明顯的腐蝕分界帶，從管口看，腐蝕減薄區域角度大約在180°范圍，內壁腐蝕減薄較平滑，未形成溝槽，腐蝕減薄方向性較強，發生在朝爐中心線側，最嚴重處與煙氣流向呈45°角。

為分析低壓蒸發器出口管減薄原因，對部分出口管進行抽樣測厚，并對相關數據進行統計分析，出口管減薄主要集中在前3排（所測厚最小數據在第一排西側彎頭處，為1.79mm），從前往后減薄程度逐漸變小，并且減薄最嚴重部分位于模塊的最東側和最西側，即靠近爐墻的部分。

三、原因分析

1.流動加速腐蝕

流動加速腐蝕(FAC)是一種可以導致敏感系統中碳鋼材料大量損失的一種產生管道壁面材料剝侵蝕機理[1-4]。受液體流動影響，常發生于局部區域，通常情況下發生在90～230℃之間。

低壓蒸發器性能保證工況下工作溫度為167℃，正常運行時溫度大約在150℃，處于FAC活動區域。對運行工況下低壓蒸發器出口管的流速進行了計算，并與性能保證工況下數據對比，低壓蒸發器流量超過額定約6t/h（額定值57.4t/h，實際值63.6t/h），上升管流速由21.15m/s上升為27.81m/s，更加劇了腐蝕速度，流動加速腐蝕為低壓蒸發器出口管減薄泄漏的主要原因。

2.溫度場偏離設計

余熱鍋爐內部受熱模塊與煙道兩側墻之間空隙較大，雖然設置了煙氣擋板，但現場檢查發現煙氣擋板之間存在較大空隙，使得煙氣旁通；受熱各模塊之間存在較大孔隙，未設置煙氣擋板，形成煙氣漏流通道；每組受熱面上下集箱和不帶鰭片的連接管的位置雖設置了煙氣擋板，但熱態余熱鍋爐膨脹后產生間隙（原設計未考慮膨脹后密封），同時由于部分煙氣擋板安裝工藝不良造成膨脹受阻，這樣不可避免使爐膛內煙氣流場偏離設計值，從而使爐膛內溫度場發生變化，造成部分換熱管吸熱量過大，提高低壓蒸發器上升管內的兩相流體流速，進一步加快管材腐蝕。

3.低壓汽包壓力過低

低壓蒸汽系統采用滑壓模式運行，目前運行情況下，汽機未達到額定負荷，低壓補汽流量已高達63.6t/h，遠超額定值57.4t/h。同時，低壓汽包的運行壓力也僅為0.5MPa（額定值為0.67MPa），飽和水溫度也相應降至150℃左右。溫度降至150℃和低壓蒸發器流量增大進一步加強了低壓蒸發器出口管的腐蝕。

4.pH值無法有效監測

按制造廠說明書，低壓爐水pH值控制不低于9.5[5]，但低壓爐水取樣點位于低壓汽包連排管，加藥點位于低壓汽包內，不能直接監測低壓蒸發器內蒸汽的pH值，不能確保pH值控制符合要求。

四、處理對策

1.升級出口管材質

碳鋼材質極易發生流動加速腐蝕，可將低壓蒸發器出口管材質由20G升級為15CrMoG。該合金鋼中含有的Cr、Mo等合金元素有助于在管壁表面形成致密耐腐蝕氧化膜，減緩流動加速腐蝕速率。

2.改造煙氣阻隔版

由于安裝原因，受熱面兩端及管屏之間間隙過大，運行中形成煙氣走廊。可對現有各模塊兩端及管屏中間間隙進行測量，重新設計煙氣阻隔板，消除煙氣走廊現象。

3.定壓低壓蒸汽運行

將低壓蒸汽系統進行定壓模式運行，提高低壓蒸汽的壓力，相應低壓蒸發器內介質溫度會上升，流量也會降低，可合理避開流動加速腐蝕最嚴重的運行區間，有效減緩流動減速腐蝕。

4.優化取樣加藥點

針對不能有效監控低壓蒸發器內介質pH值的情況，將取樣點移至低壓汽包定排管上，使所測pH值接近于低壓蒸發器內介質的pH值；將加藥點移至低壓汽包下降管上，使得藥品直接加至低壓蒸發器內，可準確地對低壓蒸發器內介質pH值監控，確保低壓汽包PH值不小于9.5，滿足制造廠設計要求。

五、結語

由于多數制造廠家在設計和制造E級燃機配套余熱鍋爐時經驗不足，已有多家E級燃機電廠投運時間約2年后發生此類問題。本文通過實例，對低壓蒸發器出口管泄漏原因進行分析并提出處理對策，并在實際工作中加以實施，取得成效，可為其它燃機電廠防止“四管”泄露提供借鑒。

[1]王利宏，單建明，李偉，屈昌文.聯合循環余熱鍋爐中的流動加速腐蝕[J].發電設備，2010，6（24）：409-413.

[2]Masanori Naitoh，陳耀東，Shunsuke Uchida，Hidetoshi Okada.流動加速腐蝕引起的管壁減薄分析及驗證[J].金屬學報,2011，47(7):784-789.

[3]張東興，朱文濤，黃昊等.凝結水系統流動加速腐蝕處理方法的研究[J].發電與空調，2015(3):27-30.

[4]陳菁，鄧勉.余熱鍋爐中流動加速腐蝕預防[J].中國科技信息，2015(19)92-94.

[5]東方鍋爐（集團）股份有限公司.余熱鍋爐使用說明書[Z].2010:55.

周軍（1970-），男，江蘇省揚州市人，就職于江蘇華電儀征熱電有限公司，高級工程師，碩士學位，從事電力基建和生產管理的研究。