CFB鍋爐防磨防爆管理提升分析

杜佳軍,張 鵬,陳建斌

(1.神華集團循環流化床技術研發中心，陜西 西安 710065;2.四川白馬循環流化床示范電站有限責任公司，四川 內江 641000)

2013年—2017年，某電力集團135 MW及以上各等級容量22臺CFB機組共發生非停事件60起，其中因CFB鍋爐“四管”泄漏導致機組非停事件39起，由此看出鍋爐“四管”泄漏仍是影響機組安全穩定運行的主要因素。

鍋爐防磨防爆工作是機組生產全過程管理的重要內容，也是及時發現及處理“四管”問題的有效途徑，CFB鍋爐獨有燃燒方式決定了“四管”磨損明顯嚴重于其他鍋爐，因此防磨防爆工作對CFB鍋爐更加重要。通過研究分析CFB鍋爐“四管”泄漏非停事件，不僅可以查找鍋爐防磨防爆工作存在不足，還可以為設備管理提升提供明確工作方向及思路，進而實現鍋爐“四管”安全可靠性真正可控、在控[1]。

1 非停事件分析

電站鍋爐“四管”常見失效類型有管材缺陷、焊接缺陷、過熱爆管、磨損減薄、應力集中、疲勞開裂、機械損傷、腐蝕、錯用材質等[2]。近年來該集團CFB鍋爐“四管”泄漏涵蓋了上述多數失效型式，但各受熱面泄漏失效類型又有所差別，其中水冷壁以管材缺陷和焊接缺陷為主，過熱器主要以為焊接缺陷和疲勞開裂為主，再熱器和省煤器均以磨損減薄為主。

1.1 水冷壁泄漏

水冷壁泄漏主要失效類型有管材缺陷、焊接缺陷、磨損減薄及應力集中等。水冷壁管材缺陷主要出現在耐火材料覆蓋區域、風室及布風板等隱蔽部位，焊接缺陷主要為密封鰭片制造及安裝焊縫損傷管子、管排出廠銷釘焊接及熔覆焊接熔深過深傷及母材等，磨損減薄為鰭片安裝不平整、耐火材料脫落等造成物料沖刷磨損，應力集中為密封盒結構設計不合理，運行中拉裂水冷壁管(見圖1)。

圖1 熔敷焊接熔深過深(左)及鰭片不平整(右)磨損爆管

1.2 過熱器泄漏

過熱器泄漏失效類型有焊接缺陷、磨損減薄、過熱爆管、疲勞開裂及應力集中等(見圖2)。其中，焊接缺陷為鰭片焊縫及對接焊縫存在嚴重咬邊缺陷，在管屏存在較大熱偏差及變形條件下開裂泄漏。磨損減薄是爐內耐火材料、尾部防磨瓦脫落后管子裸露磨損爆管，過熱爆管為受熱面檢修焊渣等雜物落入管內造成異物堵塞超溫爆管。疲勞開裂為屏式受熱面受機組頻繁調峰影響焊縫熱影響區、彎頭銷釘焊接處及疏水管接管座焊縫等部位在長期交變應力作用下開裂泄漏。應力集中是屏式受熱面管子異種鋼焊縫一側內部車削臺階加工不當造成應力集中開裂泄漏。

1.3 再熱器泄漏

再熱器泄漏失效類型有管材缺陷、焊接缺陷、磨損減薄及疲勞開裂等。管材缺陷為屏式受熱面管材存在裂紋缺陷導致泄漏。焊接缺陷是屏式受熱面鰭片焊縫存在嚴重咬邊缺陷，在管屏存在較大熱偏差及變形下開裂泄漏。磨損減薄為屏式受熱面局部變形嚴重物料沖刷、彎頭部位耐火材料脫落磨損及尾部受熱面吹灰器漏氣吹損后泄漏。疲勞開裂為屏式受熱面變形部位采用馬蹄型焊縫造成開裂泄漏(見圖3)。

圖2 鰭片焊縫(左)和管子對接焊縫(右)開裂

圖3 鰭片焊縫嚴重咬邊(左)及彎頭耐火材料脫落(右)泄漏

1.4 省煤器泄漏

省煤器泄漏失效類型有管材缺陷、焊接缺陷及磨損減薄等。管材缺陷為機組投產初期個別管子母材存在缺陷造成開裂泄漏。焊接缺陷是基建安裝中，焊縫存在未熔合缺陷并隨著機組運行周期的增加逐步擴展開裂泄漏。磨損減薄為管子在防磨瓦脫落、穿墻密封漏風沖刷等情況下磨損泄漏，個別為管子前次泄漏吹損未及時發現處理后進一步磨損泄漏(見圖4)。

圖4 焊縫未熔合缺陷(左)及穿墻密封漏風(右)

2 防磨防爆問題

電站鍋爐“四管”泄漏既有管理原因，也有技術原因。防止鍋爐“四管”泄漏工作是否有效，歸根到底還在于管理是否有效[3]。從上述CFB鍋爐“四管”泄漏非停事件分析可以看出，現階段鍋爐防磨防爆管理存在以下幾方面問題。

2.1 基礎管理

鍋爐防磨防爆管理制度不完善及責任落實不到位，尤其是在目前檢修工作外包和部分檢查外委模式下，導致自身人員防磨防爆檢查及責任主體淡化，進而影響鍋爐防磨防爆工作質量。同時，防磨防爆檢查計劃不全面，人力配備不足且技能水平有限，加之重視不足及責任心不強，多次出現設備缺陷檢查不到位等現象。

2.2 受熱面管材

在39起鍋爐“四管”泄漏非停事件中，有10起事件是因受熱面管子母材存在裂紋等原始缺陷導致的，可以看出受熱面管材存在入廠驗收及使用管理不到位現象，未嚴格按照相關標準、規程及制度要求進行質量驗收把關，尤其是機組基建安裝過程中材料管理不到位問題，直接給投產后設備可靠運行埋下了嚴重安全隱患，在鍋爐防磨防爆金屬檢驗不到位情況下導致多起“四管”泄漏事件發生。

2.3 隱蔽缺陷

鍋爐受熱面隱蔽缺陷主要是管理不到位、防磨防爆檢查手段單一而未能及時檢查發現。原因主要是在機組檢修中缺少對隱蔽缺陷管理的內容，使部分隱蔽缺陷不能及時發現并消除，給鍋爐設備安全可靠運行帶來較大隱患。例如受熱面鰭片焊縫嚴重咬邊缺陷、穿墻密封漏風等。

2.4 檢修質量

鍋爐受熱面檢修工藝不規范、質量管理不到位，導致受熱面管內落入焊渣等異物、鰭片安裝不平整、吹灰器提升閥內漏嚴重等問題發生。同時設備檢修及新技術應用中風險評估不足，對屏式受熱面變形后采用馬蹄型焊縫、熔覆防磨水冷壁變形等帶來危險未能引起足夠重視。

2.5 焊接施工

鍋爐受熱面監造、基建安裝及檢修焊接施工管理不規范，施工工藝及質量驗收把關不嚴，直接導致受熱面焊縫等存在較多缺陷。如水冷壁出廠銷釘焊接、熔覆施工不當導致熔深過深等缺陷，水冷壁及屏式受熱面鰭片焊縫存在嚴重咬邊等缺陷，省煤器安裝焊縫存在未熔合缺陷等。

2.6 耐火材料

未將耐火材料納入鍋爐防磨防爆進行統一管理，未落實專人負責耐火材料檢查、檢修及使用管理等工作。耐火材料攪拌、澆注、振搗、養護、烘干等環節管理不嚴，新舊耐火材料施工未嚴格執行相關標準及廠家要求，最終導致耐火材料脫落頻繁發生。同時未在機組啟動或停運過程中采取相應措施控制耐火材料開裂等問題。

2.7 運行管理

運行管理存在薄弱環節，機組參數變化及異常監視判斷不到位，未及時開展相關分析工作及采取相關措施，致使設備問題持續發展及擴大。鍋爐燃燒異常、超溫等風險認識不足，事故預想不到位及應急處理措施不完善，直接影響事故處理及時性、準確性。運行人員操作經驗及事故處理能力不足，在“四管”泄漏等事件發生后操作不果斷、不及時，導致事故進一步擴大。

3 管理提升措施

為有效遏制及減少CFB鍋爐“四管”泄漏非停事件的發生，切實提升CFB鍋爐防磨防爆管理水平及設備運行安全可靠性，現針對非停事件暴露問題制定管理提升措施。

3.1 管理措施

健全鍋爐防磨防爆管理體系，明確防磨防爆組織機構成員為防磨防爆責任落實主體，將內部檢查與外委隊伍檢修有機結合，徹底排查及消除鍋爐“四管”存在缺陷及安全隱患。嚴格按照“分片承包、責任到人”的原則落實責任，通過制定切實有效、操作性強的激勵機制，充分調動防磨防爆工作人員的積極性和主動性。

強化鍋爐防磨防爆基礎管理，制定檢查計劃、作業文件、臺帳檔案等技術資料管理清冊和標準，嚴格執行防磨防爆有關規程及制度要求，形成檢查策劃、過程控制、缺陷處理等各環節標準作業。同時，定期總結防磨防爆工作及開展人員專業培訓，結合實際組織交叉更換檢查區域，通過理論實踐相結合方式持續提高人員技能。

3.2 技術措施

a.加強承壓部件管材管理。新管材使用前進行外觀檢查，不得有裂紋、撞傷、折皺、分層、腐蝕等缺陷，對彎管橢圓度、背弧壁厚進行檢查，不符合設計要求的不得使用[4]。水冷壁或屏式受熱面銷釘高度和密度符合設計要求，銷釘焊縫無裂紋和咬邊等缺陷，焊縫熔深符合要求，必要時進行著色探傷檢查。所有制造廠家焊縫做外觀檢查，外形尺寸及表面質量符合技術要求，并按規定進行焊縫抽檢。

b.強化鍋爐受熱面檢修管理。受熱面管子、鰭片應保持平整，對存在“凸出”或“凹陷”的部位及時進行處理。受熱面換管時管子及鰭片不得錯口，更換后向火面管子及鰭片焊縫應打磨平滑，并嚴格進行質量驗收[5]。對于使用爐內檢修平臺消缺的，每年至少安排一次對爐內受熱面進行全面檢查。水冷壁新防磨材料、新技術工藝使用前進行充分技術論證、調研及風險評估。

c.加強尾部煙道防磨裝置管理。受熱面防磨裝置逢停必查，尤其是內彎防磨瓦的磨損和松動情況檢查處理。阻流板、防磨瓦等防磨裝置無脫落、歪斜和移位，磨損厚度超過1/2應更換。用點焊固定護板時，充分考慮防磨瓦與管道之間相對膨脹，防磨瓦一般加3道固定卡箍，防止防磨瓦變形脫落或移位。尾部煙道四周及角落區域應設置導流板，防止產生“煙氣走廊”導致管道局部沖刷磨損[6]。

d.提高承壓管道焊接質量。承壓部件焊接應嚴格審核焊工資質，焊接前應有焊接工藝評定，焊接時嚴格執行焊接工藝卡，焊縫進行100%探傷。焊接材料選擇、焊接工藝、焊后熱處理、焊接質量檢驗及質量評定等應符合標準要求。原則上不得在現場進行異種鋼焊接，迫不得已時須進行試驗性焊接，合格后方可進行正式焊接工作。水冷壁密封鰭片及管子對接焊縫不得有漏焊、夾渣、咬邊等缺陷。

e.預防承壓管道異物堵塞。受熱面換管時宜采用機械切割，如需采用火焰切割時火焰角度應與管道相切，割管后管口要及時用專用堵頭封堵。采用氬弧焊對管道內口進行封堵時應采用焊接專用水溶紙，并盡可能減少用紙量。受熱面管在組合和安裝前必須分別進行通球試驗，試驗合格后及時做好封堵措施。受熱面聯箱和節流孔應按規定定期進行內部檢查和清理，確保聯箱及節流孔清潔無異物。

f.規范耐火材料檢查檢修。將耐火材料納入防磨防爆統一管理，并落實專人負責。耐火材料攪拌、澆注、振搗、養護、烘干等嚴格執行工藝要求。外觀正常的耐火材料使用“錘擊聽音法”等檢查其牢固情況，如有空響或松動現象立即更換[7]。耐火材料大面積脫落應分析原因并制定預防措施，局部脫落清理成規則形狀后重新敷設。經常脫落、磨損嚴重和形狀不規則部位，宜在耐火材料中添加不銹鋼纖維提高強度。

g.控制吹灰器吹損受熱面。根據鍋爐排煙溫度確定受熱面吹灰周期，吹灰頻次超過設計值50%時，應分析原因并制定整改措施。吹灰時，運行人員應調取吹灰蒸汽壓力和調節閥開度曲線，對比與吹灰器運行實際對比是否一致。安排專人進行吹灰現場跟蹤監督，發現吹灰器卡澀、劇烈晃動或未退到位等情況及時處理。檢修時應對吹灰器支架變形、扭曲、移位、磨損等進行檢查處理，槍管彎曲超標應及時更換[8]。

h.強化隱蔽部位承壓部件管理。被耐火材料覆蓋及安裝到位后，難以檢查的受熱面管道除按照要求進行檢驗外，在安裝焊接前還應進行100%管道內外檢查，必要時進行無損檢測。所有處于隱蔽部位的焊縫應進行100%無損檢驗。針對歷次非停事件出現的穿墻密封開裂等隱蔽部位缺陷，應制定專項整改計劃并在檢修中組織進行檢查處理，徹底消除鍋爐“四管”存在的安全隱患。

3.3 其他措施

a.規范運行操作及合理控制參數。嚴格按照規程要求控制鍋爐汽水品質及運行參數，嚴密監視各受熱面管壁溫度，防止超溫超壓現象發生。機組啟停及升降負荷期間，避免鍋爐運行參數大起大落，減少熱偏差及控制受熱面變形[9]。嚴格控制入爐煤粒度在合格范圍內，并防止過大一次流化風量加劇受熱面磨損[10]。鍋爐啟停過程中合理控制升降溫速率，防止耐火材料大面積損壞。

b.提升不安全事件防范及應急處置能力。分析機組投產以來CFB鍋爐發生的不安全事件，對照事件逐一制定及落實防范措施。排查不安全事件應急處置措施，討論研究運行中可能出現鍋爐燃燒異常、“四管”泄漏等不安全情況，結合實際編制完善不安全事件應急處置措施。組織人員學習不安全事件防范及應急處置措施，定期開展不安全事件應急演練，提升人員應急處置能力。

4 結論

通過深入研究CFB鍋爐“四管”泄漏非停事件，分析水冷壁、過熱器、再熱器及省煤器泄漏失效類型及導致原因，查找出鍋爐防磨防爆基礎管理、受熱面管材、隱蔽缺陷、檢修質量、焊接施工、耐火材料及運行管理等方面暴露問題和存在不足，進而從承壓部件母材、鍋爐受熱面檢修、尾部煙道防磨裝置、承壓部件焊接質量、承壓管道異物堵塞、耐火材料檢查檢修、吹灰器吹損受熱面、隱蔽部位承壓部件、運行操作參數控制、不安全事件防范及提升應急處置能力等方面提出了切合實際的管理提升措施，在夯實防磨防爆工作基礎及持續提高管理水平的同時，進一步提高CFB鍋爐設備安全可靠性。