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电站锅炉“四管”泄漏原因分析

电站锅炉“四管”泄漏原因分析及新建机组应注意的问题
Analysis on Causes of “Fourtube” Leakage of Utility Boiler and 
Notable Problems for New Units in Construction
刘志江（河北国华沧东发电有限责任公司，河北沧州061110）

摘　要：通过对锅炉“四管”泄漏原因进行总结归类，分析了产生泄漏的主要机理，对新建电站锅炉安装过程中应注意的事项进行了阐述，并提出了有效的控制措施。
关键词：锅炉；“四管”泄漏；原因分析
　　Abstract：The causes of “fourtube” leakage are summarized and sorted, and the main reasons for the leakage are found out. Some notable events, during installing a new boiler, and effective measures to control leakage are presented.
　　Keywords：boiler;“fourtube” leakage; cause analysis

　　燃煤电站锅炉“四管”是指锅炉的水冷壁、过热器、再热器和省煤器。 “四管”泄漏是造成机组非计划停运的主要原因，对机组的安全、稳定、经济运行威胁极大。因此如何做好预防“四管”泄漏工作是发电企业面临的重要问题。对于新建电厂机组，在基建过程中，采取何种方法和工艺控制以防止机组投运后发生承压部件的泄漏，是基建工作的重点。

1主要故障类型及原因分析
1.1超温爆管
　　超温爆管是指因某种原因导致管子金属实际工作温度超过钢材允许的下临界点温度，在介质内压作用下发生破坏的故障现象。一般分为短期超温爆管和长期超温爆管两类。
1.1.1短期超温爆管
　　导致短期超温爆管的主要原因为：
　　a. 火焰冲墙，导致局部热负荷过高。
　　b. 管内汽水循环不良，如管内积聚堵塞焊渣、小工具、铁屑等。
　　c. 汽水分配不均，部分管路循环停滞或流量过低。
　　d. 管内严重结垢，使管子传热效果变差，造成管子金属超温失效。
　　e. 给水中断。
　　f. 尾部烟道再燃烧。
1.1.2长期超温爆管　　
　　导致长期超温爆管的主要原因为：
　　a. 烟气热偏差过大，管子热负荷超过设计值。
　　b. 管子金属材料使用不当。
　　c. 管内结垢轻微，长期传热热阻高。
　　d. 局部热负荷较高，造成管子壁温高于其规定值。
　　e. 管内冷却介质流量偏低。
　　f. 受热面积灰、结焦。
1.2机械磨损
　　由于管排结构设计不当或结构失效，导致管排间或与构件之间，因炉内烟气的挠动，相互磨擦碰撞而发生损伤失效。导致机械磨损的主要原因为：
　　a. 管排间或管子之间的固定件失效或安装、设计不合理。
　　b. 吹灰器卡涩，蒸汽长期吹扫，管子表面损伤。
　　c. 受热面之间热态膨胀后相互接触碰撞。
　　d. 燃烧器与附件管子之间距离太近，长期振动或调整角度时磨擦碰撞形成损伤。
　　e. 介质管道缩口、扩口区域或转弯较大的区域，介质长期冲刷减薄。
1.3飞灰磨损
　　由于炉内烟气中飞灰含量超过设计值或局部烟气流速过大，造成灰粒子长期冲刷管子金属，导致其失效。导致飞灰磨损的主要原因为：
　　a. 煤质变化，灰分量超过设计值的高限。
　　b. 烟气短路，局部烟速过高。
　　c. 受热面积灰，烟气通流面积减少，使得单侧或局部烟气流速高。
　　d. 炉墙存在漏风、漏灰点。
　　e. 燃烧器开裂，煤粉冲刷附近的管子。
　　f. 在烟道内存在较大的转折点或流道面积突然缩小。
1.4应力失效
　　由于受热面结构或管路间结构不合理，长期由于热应力、结构应力或残余应力超过金属允许值而形成失效。导致应力失效的主要原因为：
　　a. 整体膨胀不均，局部应力超标。
　　b. 炉膛爆炸。
　　c. 长期的温度交变，形成交变应力而造成疲劳损坏。
　　d. 异种钢结构之间的连接存在较大的温差应力，尤其是不锈钢密封件与碳钢管子之间的焊接处。
　　e. 支吊架失效，管排形成局部应力超标。
　　f. 水冲击产生温度热应力，如：若减温水喷射雾化不好，减温器套筒出口部位、盲肠管道与主干管连接部分由于疏水回流产生温度交变应力。
　　g. 在机组启动或停止过程中，温度变化超过规定值。
　　h. 机械振动形成交变应力，如疏水管道固定在钢结构上时，在集箱随炉体晃动过程中，疏水管根部形成机械交变应力。
　　i. 不起管圈在加工过程中形成的残余应力未能完全消除。
　　j. 密封结构不合理，形成结构内应力。
1.5化学腐蚀
　　导致化学腐蚀的主要原因为：
　　a. 应力状态下存在化学腐蚀介质。
　　b. 烟气中硫化物等腐蚀性介质含量过高。
　　c. 灰垢长期积聚在管子表面，高温下形成垢下腐蚀。
　　d. 由于火焰冲刷炉墙等原因，造成金属表面高温氧化。
　　e. 停炉保养或水压后，防腐措施采取不当。
　　f. 炉水中氯离子含量超标，造成对奥氏体不锈钢的腐蚀。
　　g. 酸洗过程控制失败，酸液或碱液在受热面中停留时间过长，或酸碱液体进入立式过热器中等。
　　h. 炉内加药失控，炉水质量超标。
1.6其它
　　a. 材质不当。由于设计不当、管材应用错误或异种金属焊接，造成工作应力或温度环境超过金属的允许界限而形成失效。
　　b. 焊缝泄漏。由于焊缝质量不良或缺陷发展形成泄漏。
　　c. 由于大块焦渣或受热面固定卡件脱落而砸伤受热面、检修过程中误伤受热面以及因材质原始缺陷等而造成泄漏。
　　综上所述，“四管”泄漏原因从发生根源上可分为：机组系统设计存在缺陷；机组安装、调试质量存在缺陷；检修质量存在缺陷；原材料质量存在缺陷；运行控制调整方式不当；燃用超过设计允许范围的煤质。

2在基建阶段防止锅炉投运后“四管”泄漏的主要措施
2.1合理设计，避免发生结构性缺陷
　　根据现场实际经验和上述分析可以看出，系统设计缺陷对锅炉“四管”泄漏的影响很大，在锅炉厂的原始设计中，应对炉膛结渣、高温腐蚀、超温、磨损、监控手段、吹灰方式、炉膛出口热偏差值、水动力均匀性、蒸汽流量偏差值、应力均匀性、管排及管圈之间固定结构形式的合理性、调温措施、锅炉抗结渣性、管圈材质设计合理性等方面引起足够的重视，通过合理的设计进行有效控制，以提高锅炉投运的可靠性。作为业主方和设计监理方对此应引起足够的关注。
2.2加强监造管理机制
　　在锅炉的制造过程中，锅炉厂必须树立“质量第一”的思想，保证产品的加工生产质量。由于电力市场又出现了建设高峰，厂家生产任务十分繁重，有时需要加班加点工作，为保证设备的制造质量，监造单位对于产品的过程质量控制起到决定性的作用。对于产品每一个加工过程的细节应按照监造合同和大纲进行严格监造与验收。
2.3加强制造阶段锅炉和压力容器的监督与检查
　　在锅炉制造和安装过程中，应充分利用锅炉和压力容器技术监督机制，对于交付前的产品、安装前的零部件及安装后的组件进行监督复查，对于机组调试过程与结果进行跟踪。从河北省电力研究院在定洲工程中的实际工作效果看，锅炉和压力容器的技术监督过程是十分有力的，对于防止锅炉投运后 “四管”泄漏故障的发生起到了非常关键的作用。由此可以看出，选一支可靠且技术过硬的技术监督队伍，协助业主方搞好基建过程中的技术监督，对于锅炉的安全、可靠运行具有非常重要的作用。
2.4采取强有力的现场监督检查和质量检验手段
　　在机组安装队伍的选取方面，应重视能力与业绩，重视质量管理水平，选出一支质量意识强、安装经验丰富、技术水平高的队伍，从而保障机组的安装水平。
　　在锅炉安装阶段，应充分发动各种技术监督力量，经常到现场检查安装过程和安装质量，发现安装中存在问题，及时制订可行的解决方案，将质量隐患消除在萌芽之中。
　　对于机组安装单位，应在安装材料的使用控制、工艺规范上下功夫，防止出现材质错用、规格错用或焊材错用等现象，以免为今后机组的运行留下事故隐患。
　　在锅炉安装期间要通过无损探伤对厂家焊口、安装焊口进行渗透检查。应要求安装单位采取严格的质量控制措施，以确保焊接质量处于受控状态。如绥中发电有限责任公司在机组安装阶段对水冷壁鳍片端部角焊缝采用圆角过渡的方式，有效防止了因冷热不均造成鳍片端部裂纹导致的管材泄漏。
2.5建立完善的技术档案管理机制
　　在整个基建期间，应将监造、监理、技术监督、安装过程中发现的问题及时收集、整理、归档，建立通畅的信息通道。通过收集、整理机组各部分的信息参数资料，建立起准确完整的机组设备台帐，为领导决策提供依据，同时也为机组投产后提供准确的设备状况信息，防止信息遗漏或决策失准。
2.6提高运行和检修队伍的素质
　　在基建阶段，培养造就一支高素质的运行队伍，可以为机组投产后合理组织和控制机组运行，保障机组运行最优化状态提供有力保证；培养一支高素质的检修队伍，及时发现机组存在的隐患，并用科学的头脑去分析问题，找到合理的解决对策，对于保障机组的可靠性是十分必要的。为此在基建期间，必须注重对运行人员和检修人员的技能培训，注重对现场设备的掌握，注重对系统逻辑关键性与全面性的了解，从而减少操作中的失误，保障机组的最优工作状态。

3充分利用先进技术，降低“四管”泄漏的几率
　　近年来，针对锅炉“四管”泄漏问题，一些研究机构从新型材料和信息技术方面入手，研究出一些新型的防爆、防漏技术成果。通过现场应用，取得了一定效果。在新机组的设计安装过程中，可以根据具体情况适当加以应用。
3.1锅炉泄漏监测仪的现场应用
　　近年来，通过监测炉管泄漏后的声波特性，早期发现并预报锅炉泄漏情况，尽快采取措施，对于防止泄漏范围的扩大，尽早消除炉管泄漏造成的影响具有十分重要的意义。国内的炉管泄漏监测一般采用烟气中泄漏声波的单项条件来判断泄漏发生的状况和位置；有些国外的炉管泄漏监测装置，在各受热面集箱上装设感应器，将泄漏点的声波通过管系的固体传声作为一个条件，再加上炉内烟气传声条件，共同判断泄漏发生的位置和状况，判断结果比较准确，并且此装置对于炉顶棚以上的管道泄漏也具有监测作用。
3.2对锅炉高温受热面壁温监视的新手段
　　意大利国家电力科学研究院采用在高温受热面管子壁面金属中预埋热电偶的方法，能够测得不同高度的管子壁面金属的真实温度，并且可以长期运行，为运行人员的操作提供了准确、可靠的依据，从而有效防止了受热面壁温的超温运行现象。
3.3管子表面热喷焊NiW、NiCr合金技术
　　将水冷壁、高温过热器或高温再热器（非不锈钢和T91钢材）管子表面通过喷砂处理，去除表面的灰垢和氧化层，表面呈现金属光泽并且为麻面效果，通过电弧将NiW合金或NiCr合金熔化后，利用压缩空气喷焊在管子表面，形成管子表面的合金预保护层，用以抵抗高温腐蚀。该技术通过在一些电厂锅炉上的应用，取得了较好的效果。
3.4耐磨抗蚀涂料的应用
　　在省煤器、尾部竖井中的水平过热器和再热器上刷涂耐磨抗蚀涂料以抵抗飞灰磨损也是近年来发展应用的一种管子表面预处理方法。该工艺通过现场应用，其主要缺陷是不能应用于高温受热面，不能长期承受温度的反复变化和高温差，所以一般使用寿命较短，但其抗磨损性能比较好，在省煤器受热面上的应用效果比较理想。
3.5水冷壁管的热浸铝技术应用
　　经过热浸铝的管壁表面形成连续致密的氧化铝涂层，中层是厚度为0.1～0.24 mm的铝铁合金层及渗铝固溶体，具有良好的抗腐蚀性能。通过在国内大部分电厂的应用，其寿命比普通水冷壁管提高4倍以上。其现场应用的唯一缺点是，由于渗铝后金属的可焊性变差，鳍片密封时焊缝易裂，不利于保持炉膛的整体密封性能。若能解决此问题，渗铝管的广泛应用，对于防止水冷壁的高温腐蚀将具有良好的效果。

发布日期：2007-2-3　【返回】