基于大數據分析的電廠鍋爐水冷壁失效研究

李娜

摘要：基于火電廠水冷壁泄漏方面的研究已有很多，但往往僅局限于某個電廠，全國范圍內的電廠來說適用性不大，因此，有必要對全國范圍內水冷壁失效案例做一個統計分析。雖然實際調查結果比較全面，但耗時耗力，完成起來比較有困難，由于經原作者深思熟慮，對事故原因分析深入、準確，結論性更強。因此，進行大數據分析，對造成火電廠水冷壁泄漏事故的原因以及機理分類更細致、更精確。

關鍵詞：電廠鍋爐;水冷壁;失效原因

鍋爐作為火電廠的三大主要設備之一，其安全性和穩定性是電力生產至關重要的因素。水冷壁由多根水冷壁管焊接而成，構成蒸發受熱面，通過管內介質的流動，吸收爐膛中高溫火焰及煙氣的輻射熱量，降低爐墻的溫度，避免爐墻過熱，從而達到保護爐墻、保證其服役壽命的目的。結合水冷壁的工作原理、服役環境以及各類失效實例綜合分析，將水冷壁管失效原因存在多種原因共同作用下錯綜復雜的情況。因此，研究鍋爐水冷壁管失效的原因以及采取相應的預防措施，對保證火電機組的安全運行有非常重要的指導意義。

一、電站鍋爐水冷壁泄漏情況

間接原因該因素是通過引發直接原因，進而引起爆管事故的，例如局部磨損、熱負荷變動工況引起蒸發冷卻周期疲勞和結垢堵塞等。

該原因是引起爆管事故的直接原因，是采取改進措施時需要優先考慮的因素，例如燃料粒度不均及燃燒方式不當、材質不良及結構不當、水質不良和焊接質量不良等。隨后是燃料粒度不均及燃燒方式不當和結垢堵塞，前者是通過對水冷壁外壁破壞來發揮作用的，是造成水冷壁泄漏的根本原因之一;后者是通過對水冷壁內壁造成破壞來發揮作用的，泄漏的水冷壁管隨鍋爐負荷的增加，管內介質帶走了更多的熱量，在相同管徑下與其他水冷壁管壁溫相比較，表現為溫差與工況成反比，說明泄漏的水冷壁管其管內截面積要小于正常水冷壁管內截面積，泄漏的水冷壁管內疑有異物堵塞，且未被異物完全堵塞。

二、鍋爐水冷壁泄漏的原因

1、燃料質量問題及燃燒方式調整不當。燃料質量不良包括燃料中各項成分含量不合格，其會引起水冷壁外壁的化學腐蝕，進而使水冷壁外壁變得薄厚不均，導致其受熱不均，不同位置形成的溫差就很容易引起水冷壁變形;另外，還包括燃料粒徑大小不合格，其會增加飛灰、固體顆粒等燃燒產物對水冷壁外壁的沖刷作用，進而對水冷壁造成磨損腐蝕。水冷壁的變形和磨損又會進一步引起其受熱不均，惡性循環，長時間作用下的結局只能是水冷壁泄漏。燃燒調節方式不當一方面造成燃燒不徹底，中間產物會對水冷壁外壁造成腐蝕以及沖刷作用，其影響機理同上面燃料質量不合格的作用機理;另一方面，會引起水冷壁外壁受熱不均，不同位置存在溫差，進而引起水冷壁變形[2]。

2、水冷壁材料不良以及結構不當。水冷壁本身材料不合格會加速其腐蝕以及應力破裂。水冷壁結構設計不合理，會通過磨損以及受熱不均等來威脅水冷壁的壽命。

三、水冷壁泄漏的間接原因

（1）局部磨損 局部磨損往往是由燃料質量不良以及燃燒方式不當、結垢堵塞等引起的。其表現方式為其物料顆粒具有粒徑、濃度和表面硬度比較大等特性，對器壁磨損嚴重;運行參數如溫度過高和煙氣流動過大等，會加速水冷壁的局部磨損;局部堵塞后，高溫蒸汽由于受阻，會加速對管壁沖刷作用;在有裂口處，蒸汽量瞬間增大，增大其對管壁的沖刷，加速水冷壁管的 泄漏。

（2）熱負荷變動工況蒸發冷卻周期疲勞。該因素作用機理為，當爐內局部熱負荷過高而造成水冷壁管發生膜態沸騰時，有大量氣泡急劇產生而形成汽膜。一旦形成汽膜后，因熱導率變低而產生局部過熱，隨后的瞬間汽膜消除，溶液又流向給水造成急冷。這樣急冷急熱反復交替，引起管壁溫度周期性波動，造成很大的熱應力，導致保護膜破壞、腐蝕加劇，使管壁的橫向裂紋不斷增生和擴展[3]。

（3）結垢堵塞。結垢堵塞往往是由燃料燃燒質量不良以及燃燒方式不當和水質不良等原因引起的。另外，水冷壁的異物堵塞和超溫過熱爆管又是相互影響的。一方面，管子長期超溫過熱運行，會伴隨有漲粗現象，進而結垢堵塞;另一方面，異物堵塞引起管內工質流量減小，從而引起管子短期超溫過熱，這兩種作用持續加劇，就會加劇水冷壁管子爆管。

四、水冷壁泄漏事故查找方法

超溫和化學腐蝕這兩個因素均是由以上一些因素引起的，是造成水冷壁泄漏的直接原因而非根本原因。要想調查某次水冷壁泄漏的根本原因，還得從以上因素中入手。

化學腐蝕一般表現為孔蝕、點蝕等。表面坑坑洼洼比較多，但往往化學腐蝕又會伴隨著高溫腐蝕，二者總是共同作用的。如果外壁坑洼較多而造成薄厚不均，往往是燃料質量不良以及燃燒方式不當引起的;如果內壁坑洼較多而造成薄厚不均，往往是水質不良引起的。

判斷某次鍋爐水冷壁泄漏的原因，需從根本入手，燃料質量不良以及燃燒方式不當，焊接質量不良和水質不良等，如果發現有結垢堵塞和磨損等現象，這些都屬于間接原因，要想解決問題，還得深入調查，尋找其根本原因。通過統計結果來看，燃料質量、燃燒方式不當這個根本原因以及超溫這個直接原因引起泄漏所占的比例比較大。可以考慮如何從這些方面進行防范。

通過造成水冷壁泄漏的間接原因是結垢堵塞、熱負荷變動工況引起蒸發冷卻周期疲勞和局部磨損等;最根本的原因是燃料粒度不均及燃燒方式不當、材質不良及結構不當、水質不良和焊接質量不良等。在所有鍋爐水冷壁泄漏事故中，超溫和化學腐蝕作為造成爆管的直接原因，通過分析不同功率機組水冷壁泄漏原因，如果已知機組功率大小，在查找其水冷壁泄漏原因中，給電廠事故的高效快速處理帶來了便利。

參考文獻：

[1] 陳聽寬，羅毓珊，胡志宏.超臨界鍋爐螺旋管圈水冷壁傳熱特性的研究[J] .工程熱物理學報，2017，25（2）：20.

[2] 韓慶祝，薛憲闊. 火電廠鍋爐受熱面爆漏原因分析及防措[J]. 應用能源技術，2018，124（4）：24-27.

[3] 楊厚君，唐必光，李朝志. 鍋爐水冷壁大面積環向裂紋泄漏原因分析及治理對策[J]. 熱能動力工程，2017，12（4）：311-313.