火力發(fā)電廠鍋爐受熱面管泄漏原因分析

（中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院，北京 100020）

0 引言

大型火力發(fā)電廠目前依然是我國(guó)能源市場(chǎng)的重要組成部分,而保障火力發(fā)電廠的穩(wěn)定運(yùn)行依然是當(dāng)前的重中之重。火電廠想要保證電力供應(yīng)的穩(wěn)定性與可靠性，就需要鍋爐長(zhǎng)期處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下。以某地火力發(fā)電廠為例，近十年累計(jì)發(fā)生19次泄露情況。2010年5次、2011年3次、2013年1次、2015年4次、2016年3次、2017年2次、2019年1次。根據(jù)歷次泄漏情況與技術(shù)原因，原因與次數(shù)匯總?cè)绫?所示。

表1 泄露原因匯總

如果火力發(fā)電廠在正常運(yùn)行中鍋爐受熱面發(fā)生泄漏事故，則需要關(guān)閉鍋爐進(jìn)行維護(hù)，產(chǎn)生一系列的檢查費(fèi)用、維修費(fèi)用、停機(jī)費(fèi)用以及其他損失，影響火電廠的供電能力和經(jīng)濟(jì)效益。因此，深入系統(tǒng)地研究和分析鍋爐受熱面管的泄漏原因和對(duì)策具有重要的實(shí)踐意義。

1 鍋爐受熱面管失效的原因

1.1 設(shè)計(jì)師的參數(shù)設(shè)計(jì)與材質(zhì)選擇不合理

鍋爐受熱面作為熱能轉(zhuǎn)換的主要設(shè)備，在根據(jù)各參數(shù)的極限值來(lái)科學(xué)選擇時(shí)，在符合高溫、高壓、塑性等要求外，還需要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)沖擊韌性、耐蠕變性、耐腐蝕性等特性進(jìn)行選擇。如所選擇的材質(zhì)耐高溫性能未到達(dá)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致鍋爐的溫度偏差過(guò)大、管道材料的蠕變，增加泄露的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 安裝質(zhì)量未達(dá)標(biāo)

安裝質(zhì)量未達(dá)標(biāo)是造成泄漏及鍋爐意外故障的關(guān)鍵因素之一，未達(dá)標(biāo)的鍋爐安裝質(zhì)量會(huì)給日常運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。安裝質(zhì)量未達(dá)標(biāo)會(huì)降低鍋爐受熱面的承受能力，并導(dǎo)致鍋爐受熱面管泄漏的數(shù)量增加，使得正常的火力發(fā)電廠的安全生產(chǎn)無(wú)法有效進(jìn)行。

1.3 焊接質(zhì)量不合格

焊接質(zhì)量不合格是會(huì)影響鍋爐受熱面管設(shè)計(jì)規(guī)范性。由于受熱面管長(zhǎng)期處于高溫高壓的工作環(huán)境下，若焊接質(zhì)量不符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，就有可能會(huì)直接影響到受熱面運(yùn)行的可靠性。究其原因是焊接工藝和質(zhì)量未達(dá)到要求，很容易在進(jìn)行焊接的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)未熔合、咬邊、未焊透等現(xiàn)象，導(dǎo)致焊接效果不合格，從而在受熱面管的長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)泄露現(xiàn)象[1]。

1.4 受熱面超溫

火力發(fā)電廠的鍋爐高溫受熱面處于煙氣溫度較高，工作環(huán)境較差的地方，極其容易產(chǎn)生短期超溫和長(zhǎng)期超溫的情況。短期超溫指的是壁溫超過(guò)了受熱面材料的下臨界溫度，引起材料許用應(yīng)力下降進(jìn)而引發(fā)面管爆裂。長(zhǎng)期超溫指的是管壁溫度低于材料的下臨界溫度但高于材料的設(shè)計(jì)溫度。在運(yùn)行過(guò)程中，過(guò)熱時(shí)間長(zhǎng)且溫度值較高，會(huì)加快鍋爐受熱面管的蠕變速度，內(nèi)部組織發(fā)生變化，從而引發(fā)面管薄弱部分的破裂。

1.5 管壁結(jié)垢

水垢是鍋爐高溫運(yùn)行過(guò)程中不可避免的產(chǎn)物，其導(dǎo)熱系數(shù)比面管的導(dǎo)熱系數(shù)差距極大，導(dǎo)致管道的熱阻增加和傳熱效果下降，容易導(dǎo)致管壁局部過(guò)熱、鼓包和泄露，嚴(yán)重影響鍋爐的安全運(yùn)行。并且當(dāng)水垢大量附著于管壁，會(huì)導(dǎo)致排煙溫度升高，需要消耗更多的燃料才能導(dǎo)致達(dá)到正常的水溫。

1.6 使用磨損

使用磨損主要包含機(jī)械磨損和飛灰磨損。鍋爐受熱面的機(jī)械磨損的產(chǎn)生原因是受熱面管的屏間夾持管與管子接觸處經(jīng)長(zhǎng)期高溫變形，運(yùn)行時(shí)受爐膛煙氣影響產(chǎn)生晃動(dòng)，造成管子振動(dòng)并與管卡相磨,使管壁減薄。當(dāng)管壁不斷變薄到特定極限時(shí)，在內(nèi)壓的作用下，導(dǎo)致泄露事故的產(chǎn)生。飛灰磨損的產(chǎn)生原因?yàn)樵阱仩t超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，受爐型結(jié)構(gòu)、受熱面布置、煙氣流速方式、煙氣含塵濃度等各種因素影響，導(dǎo)致飛灰的產(chǎn)生與煙氣流速過(guò)快，從而導(dǎo)致受熱面的磨損越嚴(yán)重。

1.7 受熱面管腐蝕

鍋爐受熱面管通常為堿性腐蝕、低溫硫腐蝕與腐蝕水側(cè)氧腐蝕。堿性腐蝕指的是爐管內(nèi)部存在氯化物和硫酸鹽時(shí)，當(dāng)管道水中出現(xiàn)較多的氫氧化鈉及水垢，會(huì)因管道水的收縮而產(chǎn)生濃度較高的氫氧離子，導(dǎo)致堿性腐蝕的發(fā)生。低溫硫腐蝕發(fā)生在省煤器外壁和煙道尾部低溫受熱面，主要因?yàn)榕艧煖囟冗^(guò)低，關(guān)閉溫度低于煙氣露點(diǎn)，省煤器外壁低溫流含量過(guò)高。水側(cè)氧腐蝕成因于補(bǔ)給水的占比較大導(dǎo)致氧含量增加，而管道水中溶解的氧氣由于受熱溶解度變低而逸出，同時(shí)企業(yè)對(duì)于蒸汽鍋爐的除氧不及時(shí)，導(dǎo)致金屬在水環(huán)境下的腐蝕。

1.8 缺水現(xiàn)象

管道缺水會(huì)導(dǎo)致管道過(guò)熱、受熱變形及鍋爐爆炸。在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異物堵塞和熱負(fù)荷最大的地方都會(huì)導(dǎo)致缺水現(xiàn)象。異物堵塞使得水循環(huán)的平衡遭到破壞導(dǎo)致局部水溫過(guò)高。熱負(fù)荷極大的管子產(chǎn)生供水不足，使管壁的流動(dòng)水產(chǎn)生汽化現(xiàn)象，導(dǎo)致溫度超過(guò)臨界值而燒壞管道。

2 工藝預(yù)防對(duì)策

2.1 嚴(yán)格檢查焊接質(zhì)量

因?yàn)殄仩t組件和結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，在對(duì)其組件和局部結(jié)構(gòu)焊接時(shí)，需要嚴(yán)格執(zhí)行操作流程。監(jiān)管時(shí)從把控好焊接質(zhì)量出發(fā)，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家和行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。同時(shí)需要依據(jù)管理辦法和企業(yè)規(guī)定定期進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)備檢修，保證鍋爐受熱面可按照設(shè)計(jì)方案正常運(yùn)行[2]。

2.2 嚴(yán)控防磨防爆

防磨防爆的解決方法是優(yōu)化燃料配比和合理布置煙道截面。合理的燃料配比會(huì)讓燃料中的氯、釩、硫等元素成分較低，從而降低有害物質(zhì)進(jìn)入管道。合理布置煙道截面，能合理控制煙氣流速，降低運(yùn)行風(fēng)量，降低鍋爐受熱面泄露的可能性。在檢修或停爐時(shí)對(duì)受熱面的日常檢查，定期保養(yǎng)維護(hù)，爭(zhēng)取在鍋爐未處于工作狀態(tài)時(shí)，安排人員對(duì)受熱面檢查、漏風(fēng)檢查和埋管防磨片更換，防止煙氣走廊的出現(xiàn)。

2.3 雙重保護(hù)機(jī)制，防止缺水

企業(yè)應(yīng)采取雙重保護(hù)相結(jié)合的措施來(lái)防止缺水現(xiàn)象的發(fā)生。雙層保護(hù)能有效的防止在其中一種方法失效時(shí)能及時(shí)使用另外的保障機(jī)制去保障鍋爐正常運(yùn)行。企業(yè)可采用多重水位保護(hù)機(jī)制和排煙溫度異常鍋爐自動(dòng)停機(jī)的雙重保護(hù)機(jī)制。針對(duì)于當(dāng)煙氣溫度過(guò)高引起水蒸汽大量蒸發(fā)，容易導(dǎo)致缺水的狀況，可以設(shè)置自動(dòng)停機(jī)裝置來(lái)避免泄露或爆破等事故。

2.4 防范氧腐蝕與低溫硫腐蝕

對(duì)鍋爐給水的水質(zhì)進(jìn)行加強(qiáng)管理，時(shí)刻監(jiān)測(cè)爐水中含有氧氣和二氧化碳含量，并制定警戒含量，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，采用化學(xué)除氧與除氧器并用的方式快速對(duì)氧含量進(jìn)行降低。防范低溫硫腐蝕主要在于控制硫的來(lái)源，采用低硫燃料和自備脫硫技術(shù)能大量減少硫的含量，從而能有效減少低溫硫腐蝕。另外，企業(yè)應(yīng)該去增加對(duì)過(guò)量空氣系數(shù)的控制，提高排煙溫度，進(jìn)而能有效地減少三氧化硫的誕生。

2.5 增強(qiáng)對(duì)機(jī)組運(yùn)行監(jiān)控的力度

在鍋爐的正常運(yùn)行過(guò)程中，企業(yè)應(yīng)對(duì)機(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制，如嚴(yán)格控制煙氣流速、控制燃料和脫硫劑等粒徑和物料成分，準(zhǔn)確控制鍋爐受熱面的溫度，從而降低鍋爐受熱面的磨損量。同時(shí)，在日常維護(hù)和停爐時(shí)，完善防磨、防腐措施，加強(qiáng)對(duì)鍋爐關(guān)鍵位置的檢查，有效了解管子的使用狀況，及時(shí)對(duì)缺陷部分進(jìn)行有效維護(hù)。采用新技術(shù)、新方法來(lái)增加設(shè)備的使用壽命。

2.6 建立健全責(zé)任制

建立健全泄露責(zé)任制。遵循適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)方針，從企業(yè)管理規(guī)定出發(fā)，建立防漏防爆責(zé)任制和多級(jí)檢查責(zé)任制。車(chē)間應(yīng)制定對(duì)班組的考核管理辦法，而班組根據(jù)考核要求，確定責(zé)任人和考核細(xì)則去有效落實(shí)預(yù)防制度。從宏觀檢查到成分檢驗(yàn)，時(shí)刻做好檢查和保養(yǎng)工作。

3 結(jié)語(yǔ)

火電廠在運(yùn)行的過(guò)程中，一旦鍋爐受熱面出現(xiàn)泄露，就會(huì)極大影響鍋爐的性能和安全性，嚴(yán)重地還會(huì)造成的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)于鍋爐受熱面泄露，可以采用先進(jìn)技術(shù)，從受熱面設(shè)計(jì)安裝、設(shè)備正常運(yùn)行和定期管理維護(hù)出發(fā)，針對(duì)于不同問(wèn)題出現(xiàn)的典型特點(diǎn)，對(duì)導(dǎo)致泄露的原因進(jìn)行有效預(yù)防，有效提升火電廠鍋爐運(yùn)行的安全性和可靠性。