電站鍋爐“四管”泄漏原因分析及預(yù)防

馬世城,張磊,趙振旭

（嘉峪關(guān)宏晟電熱有限責(zé)任公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

1 前言

某電廠承擔(dān)著全社會(huì)的電力供應(yīng)任務(wù)，高峰季鍋爐基本處于長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)行，而鍋爐“四管”長(zhǎng)期受高溫、飛灰沖刷、機(jī)械磨損、金屬材料的劣化、腐蝕，以及安裝質(zhì)量、焊接質(zhì)量、異物堵塞等因素的影響，頻頻發(fā)生泄漏，是長(zhǎng)期困擾電站鍋爐安全生產(chǎn)的瓶頸問(wèn)題。系統(tǒng)地做好鍋爐“四管”泄漏的管理，研究泄漏規(guī)律，減少“四管”泄漏次數(shù)，成了保證鍋爐安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。

2 鍋爐“四管”泄漏原因分析及防范措施

2016年1月1日至2018年12月31日，針對(duì)某單位6 臺(tái)電站鍋爐“四管”泄漏進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，共發(fā)生各類泄漏13次，見(jiàn)表1。

表1 泄漏原因統(tǒng)計(jì)

從泄漏分布區(qū)域統(tǒng)計(jì)，水冷壁6 次占比46%，過(guò)熱器5次占比39%，再熱器2次占比15%。

以下就鍋爐“四管”泄漏原因及對(duì)策進(jìn)行分析說(shuō)明。

2.1 焊割質(zhì)量

一臺(tái)亞臨界鍋爐爐后吹灰器附近水冷壁管發(fā)生泄漏，在停爐排查過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)及周圍管段均無(wú)明顯的鰭片拉裂現(xiàn)象，而漏點(diǎn)部位管道內(nèi)壁存在一處直徑約5 mm 左右的金屬熔渣，見(jiàn)圖1，通過(guò)對(duì)漏點(diǎn)及周圍管段進(jìn)行金相分析，未發(fā)現(xiàn)金屬組織等異常情況，可判斷導(dǎo)致水冷壁管泄漏的原因?yàn)楦鼡Q管切割鰭片時(shí)（泄漏前進(jìn)行了泄漏點(diǎn)部位水冷更換作業(yè)），焊接人員將原始管割傷，水冷壁換管作業(yè)過(guò)程中作業(yè)不規(guī)范，檢修工藝管控不嚴(yán)格，施工人員割傷原始管道后沒(méi)有進(jìn)行挖補(bǔ)或更換處理，而是直接對(duì)鰭片進(jìn)行了焊接，造成隱患的遺留。

圖1 管道內(nèi)壁存在金屬熔渣

防范措施：鍋爐檢修水冷壁換管作業(yè)過(guò)程中應(yīng)規(guī)范作業(yè)，嚴(yán)格按照檢修工藝、焊割工藝指導(dǎo)書執(zhí)行。焊接管理技術(shù)人員應(yīng)對(duì)更換管焊接作業(yè)全過(guò)程跟蹤、監(jiān)督，對(duì)焊割人員的工藝紀(jì)律執(zhí)行情況監(jiān)督、檢查，確保更換管段、焊接鰭片的全過(guò)程質(zhì)量監(jiān)督管控到位；對(duì)焊接過(guò)程中存在缺陷、隱患，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理。還要確保焊接時(shí)選用合格的焊材，焊接高壓焊口及承壓部件時(shí)焊條要按照工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行烘干，并用專用保溫桶儲(chǔ)存，焊接時(shí)應(yīng)該采用合理的參數(shù)，保證焊割部位無(wú)割傷、過(guò)燒、咬邊、夾渣、未融等缺陷的遺留，焊接結(jié)束后，按照DLT869-2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》、NBT47013-2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》進(jìn)行焊接熱處理，進(jìn)行100%的無(wú)損檢測(cè)。

2.2 應(yīng)力集中

應(yīng)力集中主要來(lái)源于鍋爐結(jié)構(gòu)及機(jī)組的升溫、升壓速率，管件發(fā)生膨脹受阻，造成應(yīng)力集中，使得管件拉裂,圖2 為水冷壁開裂及金相組織圖，開裂原因?yàn)樵阱仩t運(yùn)行過(guò)程中受溫度變化持續(xù)產(chǎn)生的交變應(yīng)力影響，被拉產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致泄漏，致使漏點(diǎn)周圍管排被吹損減薄后大面積泄漏。

圖2 水冷壁開裂及金相組織圖

防范措施：優(yōu)化鍋爐啟停、運(yùn)行過(guò)程中的水冷壁內(nèi)水溫及出口過(guò)熱度的控制方式,尤其是保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)后的溫度控制和快速啟動(dòng)的曲線調(diào)整，討論制定優(yōu)化措施并實(shí)施，通過(guò)減少運(yùn)行工況的劇烈波動(dòng)，達(dá)到減輕水冷壁區(qū)域鰭片焊接薄弱點(diǎn)受交變應(yīng)力的影響程度，從而防范泄漏事件的發(fā)生；水冷壁鰭片須內(nèi)外都進(jìn)行滿焊，焊接應(yīng)無(wú)各類超標(biāo)缺陷的遺留。

2.3 高溫腐蝕

監(jiān)測(cè)期間，發(fā)現(xiàn)超臨界燃煤鍋爐過(guò)熱器、再熱器、水冷壁管道均存在腐蝕，水冷壁腐蝕最為嚴(yán)重，腐蝕區(qū)水冷壁管減薄約20%～55%（即1.5～4.0 mm）；對(duì)泄漏管段進(jìn)行了金相、力學(xué)性能、無(wú)損檢測(cè)、硬度、厚度、電子探針等分析，金相報(bào)告顯示泄漏部位無(wú)珠光體球化現(xiàn)象，但存在表面脫碳現(xiàn)象，可排除泄漏部位因過(guò)熱而導(dǎo)致的爆管原因；從水冷壁管減薄情況看，泄漏位置位于鍋爐高溫腐蝕最為嚴(yán)重區(qū)域，可判斷為高溫腐蝕是導(dǎo)致漏泄的原因,見(jiàn)圖3。

圖3 高溫腐蝕導(dǎo)致漏泄

發(fā)現(xiàn)鍋爐水平煙道受熱面也存在腐蝕，原因是高溫?zé)煔鈹y帶的煤灰流經(jīng)鍋爐水平煙道受熱面（屏式過(guò)熱器、屏式再熱器、高溫過(guò)熱器、高溫再熱器、低溫再熱器）時(shí)，在管子上形成積灰，當(dāng)煤灰處于550～710 ℃熔融狀態(tài)時(shí)，硫酸鹽受熱會(huì)分解出SO3，對(duì)管壁有強(qiáng)烈的腐蝕作用，見(jiàn)圖4。

圖4 SO3對(duì)管壁有強(qiáng)烈的腐蝕作用

防范措施:高溫腐蝕是一個(gè)較為復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，通常認(rèn)為燃煤鍋爐高溫腐蝕一般有硫化物型和硫酸鹽高溫腐蝕兩種。通過(guò)以下幾方面進(jìn)行控制：

①對(duì)受熱面管材的選型應(yīng)選擇高合金耐腐蝕鋼材。

②改善燃燒，防止煤粉過(guò)粗，保證燃料在爐膛內(nèi)及時(shí)燃燒燃盡；防止火焰直接沖刷水冷壁和屏式過(guò)熱器；控制壁溫避免爐管結(jié)垢，防止?fàn)t膛局部熱負(fù)荷過(guò)高，合理布置受熱面及通過(guò)運(yùn)行調(diào)整以降低受熱面的壁溫。

③降低吹灰器投運(yùn)頻率，根據(jù)不同煙溫區(qū)積灰特性確定不同的吹灰壓力，吹灰前保證疏水徹底，吹灰蒸汽溫度大于220 ℃。

④合理配風(fēng)，防止壁面附近出現(xiàn)還原性氣體。

⑤細(xì)化催化劑運(yùn)行維護(hù)，提高脫硝催化劑的處理能力，防止鍋爐運(yùn)行調(diào)整提高氧量、降低燃燒區(qū)的還原性氣氛后造成煙氣氮氧化物的生成。

⑥做好受熱面宏觀及厚度檢查，對(duì)存在腐蝕的管段及時(shí)進(jìn)行更換。

2.4 異物堵塞

對(duì)受熱面異物堵塞管進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)漏泄管存在明顯的橫向、縱向裂紋，漏泄管管口存在明顯脹粗變形現(xiàn)象，且珠光體完全球化，見(jiàn)圖5，異物通過(guò)內(nèi)窺、通球、灌水等方式檢查，發(fā)現(xiàn)泄漏管中的異物主要是焊渣、鐵屑、保溫棉、泥沙等。

圖5 珠光體完全球化示意圖

防范措施：對(duì)泄漏管所在上部、下部集箱進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查，確保內(nèi)部無(wú)異物，并對(duì)泄漏部位及周圍受損管段進(jìn)行更換，制定專項(xiàng)的上水沖洗方案，并對(duì)相應(yīng)集箱進(jìn)行檢查清理；完善受熱面換管標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行受熱面換管時(shí)，做好割開管口的防護(hù)措施，應(yīng)采用專業(yè)用的管口封堵帽或易溶于水、受熱易分解的材料進(jìn)行管口塞堵，嚴(yán)禁采用保溫棉、不溶性紙巾等材料封堵管口；在進(jìn)行管道切割時(shí)采用切割片，嚴(yán)禁采用割炬進(jìn)行切割，以防異物落入管中；規(guī)范鍋爐水壓試驗(yàn)相關(guān)規(guī)定，完善受熱面防磨防爆的檢查要求。

2.5 磨損

“四管”的磨損主要有機(jī)械磨損和飛灰磨損，見(jiàn)圖6。機(jī)械磨損主要是由于管卡、支吊架松動(dòng)，防磨瓦、定位塊脫落，在運(yùn)行過(guò)程中與管子相互刮蹭而產(chǎn)生的磨損；飛灰磨損主要是鍋爐煙氣在一定的動(dòng)能作用下，對(duì)管子進(jìn)行沖擊，使得管壁金屬被削薄。

防范措施：加強(qiáng)鍋爐各類檢修時(shí)的防磨防爆檢查，確保防磨瓦、管卡、支吊架、定位塊、保溫等的安全可靠，燃燒器及吹灰器周圍無(wú)減薄量超標(biāo)管段，對(duì)厚度超標(biāo)管段進(jìn)行更換，有條件的可進(jìn)行耐磨噴涂；加強(qiáng)運(yùn)行過(guò)程中的吹灰管理，嚴(yán)格按照《吹灰器投運(yùn)管理辦法》執(zhí)行，以防止由于吹灰器使用不當(dāng)造成受熱面吹損；在鍋爐檢修中，進(jìn)行吹灰器的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)和檢查，確認(rèn)吹灰器的吹掃角度、吹掃范圍、吹灰器與受熱面的垂直角度、記錄吹灰器的吹掃圈數(shù)等；鍋爐A 級(jí)檢修后，應(yīng)進(jìn)行全面的冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，進(jìn)行細(xì)致的燃燒調(diào)整試驗(yàn)，優(yōu)化爐內(nèi)燃燒工況，減小爐內(nèi)火焰中心的偏差，降低左右側(cè)煙溫偏差和吸熱偏差，控制噴燃器角度和氧量，避免未燃煤粉和還原性氣體沖刷受熱面。

3 結(jié)束語(yǔ)

防治“四管”泄漏是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的工作，需要組建符合本單位實(shí)際情況的防磨防爆監(jiān)督及檢查小組，從鍋爐燃煤管理、運(yùn)行管理、檢修維護(hù)管理、金屬材料的選用、受熱面布置、制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量、鍋爐保養(yǎng)等方面入手，落實(shí)每個(gè)環(huán)節(jié)人員的“一崗雙責(zé)”，堅(jiān)持“四不放過(guò)”原則，系統(tǒng)地做到全過(guò)程控制，降低受熱面“四管”泄漏率。