浅谈锅炉四管泄漏原因及预防措施

浅谈锅炉四管泄漏原因及预防措施

龚小雷 何书斋

华能海南股份有限公司海口电厂，海南省澄迈县 571923

　　摘　要：锅炉四管泄漏不但增加机组的非计划停运损失，增大检修工作量，有时还可能酿成事故，严重影响火力发电厂安全、经济运行。引起锅炉四管泄漏的原因较多，其中磨损、腐蚀、过热是导致四管泄漏的主要原因，本文分析了锅炉四管泄漏的原因，并从运行角度提供了相应的预防措施。
　　关键词：四管泄漏 主要原因 预防措施

　 燃煤电厂四管泄漏是指锅炉热交换面中的水冷壁、过热器、再热器和省煤器由于过热、腐蚀、磨损等原因发生破裂、泄漏，导致炉管失效，引起锅炉事故停机。据不完全统计，火力发电厂发生的事故数量约有一半发生在锅炉专业，而锅炉专业发生的事故，有一半以上发生锅炉四管泄漏。锅炉一旦发生"四管"泄漏，增加非计划停运损失，增大检修工作量，有时还可能酿成事故，严重影响火力发电厂安全、经济运行。可见，防止锅炉四管漏泄是提高火力发电机组可靠性的需要，是提高发电设备经济效益的需要，也是创建一流火力发电厂的需要。引起锅炉"四管"泄漏的原因较多，包括磨损、腐蚀、过热等原因。本文通过对造成四管泄漏原因的分析，主要从运行角度提出防止四管泄漏的技术措施。
1、造成四管泄漏的主要原因分析：
　　1.1管材原始缺陷或焊接缺陷
　　由于各种原因，钢铁厂钢管制造质量不能得到完全保证，管材在制造时发生的缺陷与钢铁锻压、延展时的缺陷，即气泡、夹层、折叠、壁厚不均、退火不良、晶粒度等加工诱发了其缺陷的发展。
　　锅炉本体是由焊接安装在一起的，受热面的每一根管子都有很多焊口，整台锅炉四管焊口几万余道，受热面是承受高温、高压的设备，因此焊接质量对锅炉安全经济运行有着重大的影响，焊口泄漏和结构应力、坡口形式、焊接材料、焊接参数、热处理工艺和焊工技术水平有关。
　　1.2磨损
　　磨损包含飞灰磨损、吹灰磨损、机械磨损和掉渣磨损等。飞灰磨损主要是由于灰粒对管壁撞击和磨削引起。对飞灰磨损的主要影响因素是烟气速度、飞灰浓度、粒度半径的大小、灰粒的物理化学性质以及受热面的布置与结构特性。此外，还与运行工况有关。同时灰浓度大，容易引起强烈的磨损。因此，煤粉炉尤其是烧多灰燃料时，磨损问题更为严重。此外，如果在烟道局部地区造成飞灰浓度集中，例如烟气走廊，也会引起严重磨损。如果燃料灰粒中多硬性物质，灰粒粗大而有棱角，受热面所处烟温较低而使灰粒变硬，则灰粒的磨损性也加大，尤其是在省煤器区，烟气温度低，灰粒变硬，磨损就更严重。烟气流速的影响最为严重，因为磨损量与速度成三次方关系。因此，布置受热面时，应使烟气流速不太大，更应避免局部地区流速过大。

吹灰磨损是指吹灰器对吹灰管排的吹蚀，通常只是机械性的磨损，发生塑性破坏，管壁磨损出明显减薄。

机械磨损产生的原因是受热面管排上的管卡常会因热变形或焊接不牢靠而开焊，造成管子震动并与管卡摩擦，使管壁磨损减薄。

掉渣磨损是指焦块掉落在冷灰斗斜面上产生的点状穿孔泄漏。
　　1.3腐蚀
　　腐蚀是由于外部介质与受热面管子发生化学作用或电化学作用而引起的。虽然腐蚀泄漏爆管占总爆管数的比例较低 , 但由于具有突发性和不可预测性 ,腐蚀一旦发生 , 受损范围较大 , 往往造成大面积的受热面损坏 。按腐蚀发生的部位 ,可分为烟气侧腐蚀和水侧腐蚀。
1.3.1烟气侧腐蚀
烟气侧腐蚀又因产生的部位和条件不同 ,可分为高温腐蚀和低温腐蚀 。

高温腐蚀：锅炉受热面管子，在高温情况下，烟气侧和蒸汽侧均有发生腐蚀的可能性。烟气对管壁的高温腐蚀，主要是灰中的碱金属在高温下升华，与烟气中的SO3生成复合硫酸盐，在550—710℃范围内呈液态凝结在管壁上，破坏管壁表面的氧化膜，即发生高温腐蚀。另外，灰中的钒在高温下升华，并生成V2O5，在550—660℃时凝结在管壁上起催化作用，使烟气中的SO2及O2生成Na2SO4及原子氧（O），对管壁也有强烈的腐蚀作用。高温腐蚀是反复进行的，它将氧化膜破坏、生成、再破坏，管壁逐渐减薄，最后导致爆管。
低温腐蚀：锅炉尾部受热面（省煤器、空气预热器）的硫酸腐蚀，因为尾部受热面区哉的烟气和管壁温度较低。燃料中的硫燃烧生成二氧化硫（S+O2→SO2），二氧化硫在催化剂的作用下进一步氧化生成三氧化硫（2SO2+O2→2SO3），SO3与烟气中的水蒸气生成硫酸蒸气。硫酸蒸气的存在使烟气的露点显著升高。由于空气预热器下部空气的温度较低，预热器下部的烟气温度不高，壁温常低于烟气露点。硫酸蒸气会凝结在预热器受热面上，造成了硫酸腐蚀。低温腐蚀常发生在空气预热器上，但是当燃料含硫量较高，过量空气系数较大，以致烟气中SO3含量较多，露点较高，且给水温度较低（如高压给水加热器停用）时，省煤器管也有可能发生低温腐蚀。
1.3.2水侧腐蚀

锅炉炉管也会由于水侧腐蚀导致爆管泄漏 , 水侧腐蚀主要有锅内水局部浓缩引起的运行中腐蚀 , 给水含氧引起的氧腐蚀和因应力产生的苛性脆化等几种。苛性脆化主要发生在胀接或铆接锅炉中, 大型电站锅炉中较少见。
锅内水局部浓缩引起的运行中腐蚀的过程可描述如下：炉水在管内沉积物下面 、蒸发受热面的缝隙以及炉管内产生汽塞的部位发生局部的浓缩 , 产生浓酸或浓碱, 破坏炉管内表的 Fe3O4 保护膜, 从而造成了炉管金属表面被酸碱腐蚀, 可分别称为酸性腐蚀和碱性腐蚀。
酸性腐蚀常发生在比较致密的沉积物下面 ,由于在浓酸条件下氢离子浓度高 ,生成的氢不容易扩散出去,部分渗入到钢中 ,和钢中渗碳体 Fe3C 反应, 因此酸性腐蚀和氢脆现象总伴随在一起。爆口附近腐蚀产物与金属表面结合较牢固, 金属表面存在腐蚀坑 。大部分爆口的内壁表面脱碳, 管壁面多有微裂纹存在, 这些裂纹连成网状, 多为沿晶破裂 。爆口胀粗不明显, 破口断面平齐 、粗钝 ,呈脆性断裂特征。
碱性腐蚀常发生在多孔沉积物下面 , 爆口附近腐蚀产物与金属表面附着性较差, 腐蚀产物中夹有磷酸盐、硅酸盐等炉水成分 ,除去腐蚀物后, 有凹凸不平的腐蚀坑 。由于在浓碱条件下氢离子少, 产生的氢且容易扩散出去,不会渗入钢中造成脱碳现象,坑下金属的金相组织和机械性能都没有变化, 金属仍保持其延展性,爆管是由于腐蚀破坏使管壁减薄过热鼓包所致 。

1.4过热和超温
　　各种钢材都有许用温度范围，在此范围内，可按照其使用寿命安全工作。当实际壁温超过金属最高许用温度时金属的机械性能、金相组织会发生变化，金属蠕变速度加快，强度急剧下降，最后导致管道破裂。管道寿命是按照一定的工作温度和应力承受能力来设计使用的。蒸汽温度超过设计温度后，虽未发生过热，也会使金属组织稳定性变差，蠕变速度加快，最后其工作寿命缩短。据有关资料介绍，材质为20#钢的受热面管子，经计算得出了温度和完全球化（老化）时间的对应结果，如下表：

从上表可以看出，温度对受热面管子使用寿命的影响是很明显的。
  根据试验研究，材料达到破坏的时间与蠕变速度成反比，随温度的升高呈指数关系缩短。超温爆管包括长期超温爆管和短期超温爆管两种。
　　运行中由于某种原因，造成管壁温度超过设计值，只要蒸汽超温幅度不大，就不会立即造成管子损坏，但管子长期在超温下工作，钢材金相组织会发生变化，蠕变速度加快，持久强度下降，在使用寿命未达到预定值时，提早爆破损坏。这种损坏称为长期超温爆管。一般发生在受热面管屏的外圈护屏管的向火侧，以过热器出口管段较为常见。
　　受热面管子在运行中，由于冷却条件恶化等原因，管壁温度在短时间内突然升高，使钢材的抗拉强度急剧下降。在工质压力的作用下，温度最高的向火侧，首先发生塑性变形，管径胀粗，管壁变薄，最后发生剪切断裂而爆破。这种爆管称为短时超温爆管。此种爆管多发生在水冷壁和凝渣管上热负荷最高的部位。
2、运行中防止四管泄漏的措施:
　　防止锅炉四管泄漏，提高锅炉运行的可靠性，减少锅炉非计划停运。必须要在锅炉的设计、制造、安装、运行、检修、改造等各个环节实施全过程的技术监督和技术管理。本文仅在电厂运行方面如何防止和减少四管泄漏的发生。
　　2.1锅炉负荷增加，烟气流速也就增加，飞灰磨损就加快。
  烟道漏风增加，也将使烟气流速增高而加快磨损，以及运行中燃烧不良，飞灰含碳量大量增加时，因焦碳粒比灰粒硬而加快磨损。因此在锅炉运行中，应保证合格的煤粉细度，注意调整燃烧，减少飞灰中的含碳量，同时要严格控制锅炉本体、空气预热器和制粉系统的漏风量，尤其是炉底漏风，适当减小烟气流速这对防止受热面的磨损和超温具有相当重要的意义。
　　2.2加强化学监督提高给水品质。
   尽量减少给水中的铜、铁含量，降低给水的碳酸盐碱度，减少炉水中游离的氢氧化钠。为此，必须防止凝汽器泄漏。此外，还必须保持锅炉良好运行方式，保证连续排污、定期排污的正常运行，当发现锅炉水质不合格时，运行人员应增加定排次数，确保锅炉水质尽快合格。控制炉膛局部热负荷不要过高，过于新投运和运行一段时间后的锅炉，应按规定进行化学清洗等以防止水冷壁管的垢下腐蚀。
　　2.3严禁锅炉超温运行。
  正常运行期间保证各受热面的温度在规定范围内，变工况下或机组发生异常时，及时调整汽温，防止汽温大幅度变化和长时间超温。同时密切监视锅炉蒸汽参数、蒸发量及分离器水位，主要指标不要压红线运行，防止超温超压、满水和缺水事故的发生。当燃用煤质较差的煤种导致减温水量不足时，运行人员应进行燃烧调整，降低炉膛火焰中心，防止主再热汽温出现超温现象。如调整无效，应及时联系值长减负荷，确保主再热温度在规定范围内运行。

　　2.4启、停机参数控制

锅炉启停应严格按启停曲线进行，控制锅炉参数和各受热面的管壁温度在允许范围内，并严密监视,及时调整,防止锅炉各参数大起大落。
  在启、停炉操作中，严格控制升温、升压速度，按规定进行水冷壁下联箱排污工作，尽快建立水循环，及时切换油枪，保证受热面受热均匀，杜绝半侧燃烧，消除热偏差。锅炉启动时，及时投入温水减温水，以增加省煤器的通流量，尤其是热态启动时，但要注意减温水量的控制，尽量不要用冷水减温，以防造成水塞。
　　2.5锅炉上水和泄压

锅炉启动前，要控制好水温和上水速度，一般水温保持在30～70℃，上水时间冬季要较夏季慢些；锅炉水压试验借宿后，严格控制泄压速度，并将蒸汽管道存水完全放净，防止发生水冲击。

2.6运行中的燃烧调整

锅炉燃烧器应对称均匀地投入，保证火焰中心适宜，防止结渣，减少热偏差，注意控制好风量，避免风量过大或缺氧燃烧，防止锅炉尾部再燃烧或过热器超温。
　　2.7加强对吹灰管理，应根据实际情况确定锅炉受热面吹灰的周期。
  应防止吹灰时漏汽，漏水或吹损受热面。锅炉结渣时，应及时进行吹灰和清除，防止形成大渣块掉落砸坏冷灰斗水冷壁管。并及时检查声波吹灰和水吹灰应力等参数变化，尽早发现处理吹灰器缺陷，防止吹灰器故障，吹坏水冷壁和过、再热器管子。
　　2.8定期进行安全门试验，保证安全门动作可靠，防止锅炉超压运行。

2.9停炉后冷却和保养。

严格按规定进行停炉冷却，以防锅炉快速冷却造成管壁、联箱等处温差变化过大。注意停炉保护，根据停运时间长短，做好锅炉停运后的保养工作，一般情况下应进行热炉放水，防止空气中的氧和水分对管内壁的腐蚀。

3.结束语

防治锅炉四管泄漏工作是一个复杂的系统工程，需要在统一的要求下，根据具体情况，不断完善制度、标准、规程体系，依据制度和标准规程、规范，不断深入地开展工作。在重视人员培训和交流协作的同时，重视运行的规范操作和精确控制，做规范细致的防磨防爆检查工作，重视设备的更新改造，重视问题和事故的深入分析和落实整改，只有这样，才能保证设备的健康状况，将锅炉四管泄漏问题降低到最低水平。锅炉四管泄漏问题总是存在很强的周期性和转移性。综合分析全国大型锅炉四管泄漏故障停用的原因，可以明显地发现，必须从设计标准、设计选型、制造安装、运行调试全过程努力，才能最有效地防止事故的发生。作为发电厂必须搞好检查、修理，认真整治设备，严格贯彻执行各项规章制度，才能真正提高设备的可靠性。防磨防爆工作，是电厂里平凡的常规工作，没有什么高深的理论，关键是管理思路、制度措施体系和具体做法上的区别，更重要的是人员和态度。设备是电厂生产的基础，对待设备和四管泄漏问题，应该像对待我们自己的身体一样来关心和爱护，如此才能保证健康和长久。