電站鍋爐“四管”泄漏典型事件分析及防治措施

張錦文

(華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030)

0 引言

鍋爐過熱器、再熱器、水冷壁、省煤器等4種受熱面管(以下簡稱“四管”)泄漏常常導(dǎo)致機組停運。根據(jù)歷年的統(tǒng)計，“四管”泄漏導(dǎo)致直接停機的次數(shù)基本占同期機組總強迫停運次數(shù)的30%，是造成火力發(fā)電機組強迫停運的最主要原因。由于近幾年投產(chǎn)的新機組參數(shù)高、容量大，“四管”泄漏導(dǎo)致停機造成的損失更大，發(fā)電廠面臨的少發(fā)電、被電網(wǎng)考核的壓力也更大。分析“四管”泄漏原因，找出防治“四管”泄漏的方法，從而制訂行之有效的防治措施，對降低機組強迫停運次數(shù)，提高發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟效益和樹立良好的社會形象具有重要意義。

1 鍋爐“四管”泄漏情況統(tǒng)計

2008年中國華電集團公司(以下簡稱華電集團)系統(tǒng)內(nèi)火電廠共發(fā)生鍋爐“四管”泄漏86次，直接造成機組停運72次，占當(dāng)年停機類缺陷總數(shù)的29.03%。2008年“四管”泄漏按部件分:過熱器34次，再熱器10次，水冷壁37次，省煤器5次。

2009年華電集團系統(tǒng)內(nèi)火電廠“四管”泄漏86次，直接造成停機47次，占當(dāng)年停機類缺陷總數(shù)的19.42%。2009年“四管”泄漏按部件分:過熱器36次，再熱器15次，水冷壁27次，省煤器8次。

2010年1—9月華電集團系統(tǒng)內(nèi)電廠“四管”泄漏70次，直接造成停機56次，占同期停機類缺陷總數(shù)的32.75%。2010年1—9月“四管”泄漏按部件分:過熱器25次，再熱器18次，水冷壁18次，省煤器9次。

2008年“四管”泄漏按泄漏原因分:磨損，29次(飛灰磨損23次、吹灰器吹損5次、沖刷減薄1次);與焊口有關(guān)的，17次(焊接質(zhì)量13次、疲勞4次);拉裂(鰭片拉裂、固定塊拉裂及穿墻管拉裂)，14次;與管子制造質(zhì)量有關(guān)的，11次;過熱或材質(zhì)老化，11次;管子外傷或焊接弧坑，3次;應(yīng)力腐蝕1次。

2009年“四管”泄漏按泄漏原因分:磨損，28次(飛灰磨損20次、吹灰器吹損8次);過熱或材質(zhì)老化，20次(超(超)臨界機組超溫、異物堵塞引起過熱爆管9次);拉裂(鰭片拉裂、固定塊焊縫拉裂)，13次;與焊口有關(guān)的，12次(焊接質(zhì)量11次、焊縫疲勞1次);與管子制造質(zhì)量有關(guān)的，10次;機械損傷，1次;設(shè)計原因，1次;錯用材質(zhì)1次。

2010年1—9月“四管”泄漏按泄漏原因分:磨損，27次(飛灰磨損25次、吹灰器吹損2次);過熱或材質(zhì)老化，15次(超(超)臨界機組超溫、異物堵塞引起過熱爆管6次);拉裂(鰭片拉裂、固定塊焊縫拉裂)，11次;與焊口有關(guān)的，13次(制造焊口質(zhì)量3次、安裝焊口質(zhì)量4次、檢修焊口質(zhì)量3次、焊口老化裂紋3次);與管子制造質(zhì)量有關(guān)的，3次;設(shè)計原因1次。

從2008年、2009年，2010年1—9月“四管”泄漏原因看，飛灰磨損和蒸汽吹損、受熱面超溫或異物堵塞引起管材過熱是“四管”泄漏的2個主要原因，而鰭片或定位塊焊縫拉裂、焊口質(zhì)量、管材質(zhì)量等原因也占了較大的比重。

2 新建鍋爐“四管”泄漏情況統(tǒng)計

2005年1月1日以后投產(chǎn)的新機組在2008年共發(fā)生泄漏38次，占2008年“四管”泄漏總數(shù)的44.19%。其中:600 MW 及以上超(超)臨界機組“四管”泄漏14次，占16.28%;600MW亞臨界機組“四管”泄漏2次，占2.33%;循環(huán)流化床鍋爐“四管”泄漏12次，占13.95%;投產(chǎn)半年內(nèi)的新機組“四管”泄漏2次，投產(chǎn)不到1年的新機組“四管”泄漏共4次，占4.65%。

2005年1月1日以后投產(chǎn)的新機組在2009年共發(fā)生泄漏49次，占2009年“四管”泄漏總數(shù)的56.98%。其中:2006年以后投產(chǎn)的600 MW及以上超(超)臨界機組“四管”泄漏23次，占26.74%;循環(huán)流化床鍋爐“四管”泄漏9次，占10.47%;投產(chǎn)半年內(nèi)的新機組“四管”泄漏5次;投產(chǎn)不到1年(含投產(chǎn)半年內(nèi))的新機組“四管”泄漏共6次，直接造成停機6次，占2009年“四管”泄漏總數(shù)的6.98%，占2009年因“四管”泄漏原因直接導(dǎo)致停機總次數(shù)的 12.77%。

2010年1—9月，2006年1月1日以后投產(chǎn)的600 MW及以上超(超)臨界機組“四管”泄漏20次，占同期“四管”泄漏總數(shù)的28.57%;循環(huán)流化床鍋爐“四管”泄漏20次，占同期“四管”泄漏總數(shù)的28.57%;投產(chǎn)不到1年的新機組“四管”泄漏共4次，直接造成停機4次，占同期“四管”泄漏總數(shù)的5.71%。

某型號10臺超臨界鍋爐自2006年8月3日相繼投產(chǎn)后，截至2010年9月底共發(fā)生“四管”泄漏54次，其中因超溫導(dǎo)致管材過熱爆管17次，安裝質(zhì)量原因?qū)е隆八墓堋毙孤?3次，管材質(zhì)量及結(jié)構(gòu)不合理等制造原因?qū)е隆八墓堋毙孤?2次，檢修和運行方面的原因?qū)е隆八墓堋毙孤?2次。

由此可以看出，電力體制改革后電力裝機容量迅猛上升期間投產(chǎn)的機組，“四管”泄漏問題較為突出，尤其是超(超)臨界機組超溫、安裝質(zhì)量、制造質(zhì)量問題及循環(huán)流化床鍋爐管的磨損問題，應(yīng)引起足夠重視。

3 鍋爐“四管”泄漏典型原因分析

3.1 設(shè)計選材值得商榷

上面提到的某型號超臨界鍋爐高溫過熱器及高溫再熱器進、出口段使用T23管材及T91管材，由于選用管材的抗氧化溫度較其他型號鍋爐使用的TP347管材的抗氧化溫度低，管材內(nèi)壁生成氧化皮脫落堵塞，致使該管蒸汽流量減小，加之在高溫水平段受到的煙氣熱負荷較大，管壁溫度超過材料的允許溫度而發(fā)生超溫。同時，由于選用管材在設(shè)計溫度時的許用應(yīng)力較低，計算壁厚較大，管材內(nèi)徑較小，管內(nèi)蒸汽流量也較小，也容易出現(xiàn)超溫，導(dǎo)致超溫爆管現(xiàn)象較頻繁。自2006年8月3日相繼投產(chǎn)后，該型號鍋爐高溫過熱器、高溫再熱器因超溫共發(fā)生爆管17次，占該型號鍋爐投產(chǎn)以來“四管”泄漏總次數(shù)的31.48%，明顯高于其他爐型。

如某鍋爐運行12 072 h后，于2008－09－21 T 16:00，2008－10－04 T 13:00連續(xù)發(fā)生2次爆管，爆管位置均為末級過熱器進口段迎流面，爆管材質(zhì)均為 SA213 －T23，規(guī)格為 ? 38.10 mm ×7.96 mm。

第1次爆管時，爆口沿縱向開裂，爆口長約47 mm，寬約21 mm，呈嘴巴狀。爆口附近管徑嚴重脹粗，最大直徑為? 43mm，脹粗量達13%。爆口管壁減薄明顯，邊緣銳利呈刀刃狀。爆管內(nèi)外表面均附有較厚的氧化皮，且氧化皮沿縱向大量開裂，部分剝落。

第2次爆管爆口形貌與第1次相似，爆口具有典型的過熱爆管特征。爆口沿縱向張開;爆口邊緣壁厚明顯減薄，呈楔形;爆口附近管徑明顯脹粗;爆口附近管子內(nèi)外表面均覆蓋有一層較厚的黑褐色氧化皮，且表面有許多平行的縱向氧化皮開裂;爆口附近材料的金相組織均發(fā)現(xiàn)有蠕變孔洞和蠕變裂紋。

T23管材化學(xué)成分與T22管材相近，用于受熱面管最高適用溫度以580℃為宜;廠家設(shè)計的溫度上限為593℃。而從該鍋爐壁溫在線監(jiān)控系統(tǒng)看，當(dāng)主汽溫度達到565℃時，T23管材壁溫報警較多，該系統(tǒng)報警溫度設(shè)定在600℃，說明T23管壁溫已超過600℃，高于廠家設(shè)計溫度上限，設(shè)計選用材質(zhì)存在商榷之處。

3.2 安裝焊接不規(guī)范導(dǎo)致水冷壁泄漏

某鍋爐右側(cè)約56 m后墻折焰角背火面靠右側(cè)墻第1根管與第2根管之間泄漏。原因為基建安裝時將固定保溫的鋼板梁直接點焊在管子上，運行中由于水冷壁管與梁之間膨脹量的差異，會產(chǎn)生較大的應(yīng)力，當(dāng)點焊部位焊接質(zhì)量不合格時，就容易造成點焊部位拉脫，進而拉傷管子而導(dǎo)致泄漏。

3.3 煙氣磨損

如某電廠2臺超超臨界機組3 d內(nèi)相繼發(fā)生2次省煤器因磨損減薄泄漏事件。從現(xiàn)場情況看，#1鍋爐省煤器入口集箱與后豎井中間隔墻之間的隔板連接方式為斷續(xù)焊。一方面由于熱膨脹，焊縫已經(jīng)完全開裂，隔板與省煤器入口集箱之間的縫隙形成“煙氣走廊”;另一方面由于過熱器側(cè)煙道與再熱器側(cè)煙道之間存在煙氣壓力差，煙氣由過熱器側(cè)通過“煙氣走廊”進入再熱器側(cè)沖刷省煤器管子，導(dǎo)致管子減薄而發(fā)生泄漏。在#2鍋爐基建期間，后豎井中間隔墻安裝時，下部集箱附近部分管子之間的鰭片漏裝形成“煙氣走廊”，由于過熱器側(cè)煙道與再熱器側(cè)煙道之間存在煙氣壓力差，煙氣自過熱器側(cè)通過“煙氣走廊”進入再熱器側(cè)，長期沖刷省煤器管子，導(dǎo)致管子減薄而發(fā)生泄漏。

3.4 床料進入管內(nèi)致水冷壁過熱爆管

如某300 MW循環(huán)流化床鍋爐30多天內(nèi)連續(xù)發(fā)生3次爆管，經(jīng)分析認為第1次爆管后形成60 mm×43 mm的爆口，標高16.7 m，爆口距床料只有500 mm，在啟風(fēng)機冷卻過程中，床料進入發(fā)生爆管的管道并沉積在該管內(nèi)，管內(nèi)介質(zhì)流動受阻，運行時管內(nèi)介質(zhì)流量達不到設(shè)計值，導(dǎo)致該管高熱負荷管段管壁過熱而發(fā)生爆管。

第2次爆管后進行原因分析時被安裝焊口所誤導(dǎo)，對于管內(nèi)遺留的白色床料物質(zhì)沒有高度重視，沒有找出引起爆管的真正原因，沒有檢查管內(nèi)異物情況，從而引發(fā)第3次爆管。

3.5 聯(lián)箱內(nèi)異物堵塞管口致管壁過熱爆管

某超臨界鍋爐高溫過熱器出口集箱入口管左數(shù)第33排爐前往爐后數(shù)第4根(? 45 mm×8.5 mm/T91)10 d內(nèi)連續(xù)發(fā)生2次爆管。第2次爆口距離高溫過熱器出口集箱管座約1 500 mm，爆裂管段為鍋爐廠隨管屏帶來的T91管段部分，下方100mm即為T91/TP347H異種鋼管接頭。

爆口呈魚嘴形，軸向張口約34 mm，橫向張口約6 mm，爆口邊緣較粗鈍。在緊鄰爆口邊緣位置測量管徑脹粗，爆口邊緣管徑約為 50.7 mm，脹粗12.7%;遠離爆口的T91段末端管徑為46 mm，脹粗2.22%。爆口附近內(nèi)外壁均可見一定厚度的氧化層，其上分布有樹皮狀縱向裂紋，具有長時超溫爆管的典型特征。

爆口處出現(xiàn)蠕變孔洞，組織完全球化，均符合長時超溫的微觀特征。

割開爆裂管子所在管屏的爐前最外側(cè)管，用內(nèi)窺鏡對該管屏進行檢查發(fā)現(xiàn)左數(shù)33排爐前第4根管(爆管)入口? 14.0 mm節(jié)流管圈中堵塞有塊狀鐵渣，半截卡入管口，較緊，磁鐵無法吸出，經(jīng)過打撈將異物取出。

4 減少鍋爐“四管”爆漏的思路

4.1 設(shè)計選材

近幾年投產(chǎn)的超臨界鍋爐過熱器、再熱器管，因管內(nèi)氧化皮脫落堵塞、長期超溫而使爆管事件頻發(fā)，而且常常會有一大片管子受損，造成重復(fù)爆管，給電廠安全運行帶來很大壓力。

在設(shè)計選材時，應(yīng)高度重視新型耐熱材料的高溫抗氧化性能及材料組織的老化規(guī)律，同時要考慮熱偏差因素的影響，保證材料有一定的安全裕度。從近幾年超臨界鍋爐受熱面管服役情況看，T23管材使用區(qū)域的管壁溫度不宜超過580℃;T91管材使用區(qū)域的管壁溫度不宜超過600℃;超臨界鍋爐高溫過熱器、高溫再熱器管不宜采用T23管材。

在采用奧氏體不銹鋼材料時，管材應(yīng)經(jīng)過時效處理，管材內(nèi)壁宜進行噴丸處理。

4.2 制造質(zhì)量控制

受熱面管材質(zhì)量和受熱面加工制作質(zhì)量決定著受熱面在一定工作條件下的基本壽命，應(yīng)高度重視并認真做好鍋爐受熱面材料及受熱面管制造過程中的監(jiān)督、檢查、檢驗工作，對不同廠家或同一廠家不同批次的材料均應(yīng)進行檢查、檢驗，確保材質(zhì)和管材質(zhì)量合格。受熱面加工時應(yīng)嚴格控制加工工藝，特別是彎管、焊接、熱處理工藝，確保材料品質(zhì)和制造質(zhì)量符合要求。

4.3 安裝質(zhì)量控制

受熱面安裝質(zhì)量是影響受熱面使用壽命的一個重要因素，應(yīng)做好以下幾方面的工作:

(1)運輸與存放。受熱面管排在運輸途中或安裝現(xiàn)場存放時，應(yīng)擺放規(guī)范、平整，做好防銹和管口封堵工作，管屏應(yīng)高出地面一定高度，管屏之間應(yīng)有木板隔開，避免管排發(fā)生銹蝕、碰磨、變形。

(2)管材材質(zhì)與質(zhì)量。隨著機組容量和蒸汽參數(shù)的提高，受熱面管涉及鋼種多、規(guī)格多、壁厚大，有的管屏內(nèi)外圈材質(zhì)及規(guī)格不同且上下部材質(zhì)及規(guī)格也有差別，安裝前應(yīng)按要求認真進行復(fù)驗，防止管材錯用;在采用代用材料時，應(yīng)從成分、性能、壁厚、使用條件等多方面綜合、慎重考慮。

受熱面管或管屏應(yīng)按規(guī)程規(guī)范要求的項目、比例認真檢驗，受熱面管內(nèi)外表面不應(yīng)有裂紋等規(guī)程標準中不允許存在的缺陷，鋼管表面的裂紋、劃痕、擦傷和凹陷等缺陷應(yīng)完全清除并圓滑過渡，清理處的實際壁厚應(yīng)滿足規(guī)程、規(guī)范的要求。

(3)焊接質(zhì)量控制。焊接質(zhì)量是受熱面安裝質(zhì)量控制中的重中之重。在安裝期間，應(yīng)從焊接材料的采購保管使用和回收、焊接人員資質(zhì)和數(shù)量、工藝評定與工藝卡、施工方案、作業(yè)指導(dǎo)書、焊接過程、焊接環(huán)境、焊前預(yù)熱和焊后熱處理、焊接記錄、焊接質(zhì)量檢驗等多個角度進行檢查，同時要理清思路，突出重點，切實做好事前控制和過程管理。在雨季施工時，重點檢查焊條的保管和烘焙;在冬季施工中，應(yīng)特別注意T91，T92，T911，T122等合金成分含量高的新型耐熱鋼的焊前預(yù)熱和焊后熱處理工作，避免焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。

(4)受熱面管與聯(lián)箱清潔度。受熱面與聯(lián)箱內(nèi)的鐵屑、熔渣、小截焊條或其他細小金屬物件等雜物阻礙甚至切斷受熱面管內(nèi)介質(zhì)的流動，使受熱面管局部過熱而爆管，此類事件時有耳聞，在超(超)臨界直流鍋爐中更是屢見不鮮。安裝前和安裝時，一定要認真檢查清理并及時做好受熱面管口和聯(lián)箱上手孔的封蓋工作;必要時，直流鍋爐沖管后應(yīng)割開屏過進口聯(lián)箱手孔等，使用內(nèi)窺鏡檢查聯(lián)箱內(nèi)是否存在異物。

4.4 運行管理

鍋爐運行時的參數(shù)控制，對受熱面的壽命有較大影響，運行中應(yīng)做好以下工作:

(1)鍋爐啟動、停爐時應(yīng)嚴格按照啟、停曲線要求運行，控制鍋爐參數(shù)和各受熱面的管壁溫度在允許范圍內(nèi)并嚴密監(jiān)視、及時調(diào)整，防止升溫、升壓速率過大而造成“四管”受損傷。

(2)對于超(超)臨界機組而言，應(yīng)嚴格監(jiān)控鍋爐各運行參數(shù)及汽、水品質(zhì)，防止超溫、超壓，控制好汽水分離器水位，防止高水位時蒸汽帶水而影響蒸汽品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)受熱面有超溫現(xiàn)象應(yīng)及時調(diào)整，防止生成氧化皮后氧化皮脫落而堵塞管子。

(3)鍋爐燃燒器應(yīng)對稱均勻地投入，保證火焰中心適宜，不沖刷水冷壁，防止結(jié)渣，減少熱偏差，同時要注意控制好風(fēng)量，避免風(fēng)量過大或缺氧燃燒，防止過熱器超溫或鍋爐尾部再燃燒。

(4)優(yōu)化吹灰方式，防止受熱面管被吹損。

(5)鍋爐結(jié)渣時，應(yīng)及時進行吹灰和清除，防止形成大渣塊，從而防止大渣塊掉落砸壞冷灰斗水冷壁管。

4.5 檢修質(zhì)量控制

在受熱面檢修方面，應(yīng)注意以下幾點:

(1)正確選擇備用管材、焊材，防止材質(zhì)錯用，控制管材和焊接質(zhì)量。

(2)落實檢修責(zé)任制，實行“預(yù)防為主、逢停必查、分區(qū)管理、責(zé)任到人”的原則，真正做到大修徹底查、小修全面查、機組備用或臨修重點查，加強受熱面管的壽命管理，預(yù)防和控制鍋爐“四管”泄漏。

(3)加強檢修過程和檢驗過程控制，嚴格執(zhí)行檢修工藝要求，嚴防異物落入聯(lián)箱、受熱面管內(nèi)，防止漏檢、誤判。

(4)隱蔽部位防磨防爆檢查問題值得認真研究。由于水冷壁和包墻過熱器等鰭片管管屏面積比較大，鍋爐外包裹保溫、護板，鍋爐內(nèi)管道遮擋或不能到達，隱蔽性比較強，存在檢查盲區(qū)，有些缺陷不能完全檢查到。應(yīng)加強鰭片、管屏突變和開孔部位的防磨、防爆檢查，對管屏運行中晃動、變形問題加強治理，盡量減少該部位的附加應(yīng)力。

(5)噴燃器噴口燃燒器使用過程中損壞造成偏吹直接吹損水冷壁管;管排變形造成碰撞加劇而形成機械損傷;吹灰器通道受熱面管防護不當(dāng)或吹灰器偏吹、參數(shù)調(diào)整不當(dāng)而造成吹損。解決這些問題要從源頭入手，加強防護和檢查。

1)充分考慮因煤質(zhì)差使燃燒器磨損加劇的現(xiàn)實情況，選用能保證一個大修周期內(nèi)不損壞的燃燒器。

2)結(jié)合實際情況制訂并執(zhí)行嚴格的吹灰器運行、維護、檢修考核制度，保證不因吹灰器問題造成管道吹損。

3)對易磨損、吹損部位提前做好防護措施(加裝防磨瓦或耐磨處理)。

4)利用各種停爐機會及時對易吹損、磨損部位檢查，將問題解決在萌芽狀態(tài)。

4.6 停、備用鍋爐保養(yǎng)

長期停、備用的鍋爐設(shè)備應(yīng)嚴格按DL/T 956—2005《火力發(fā)電廠停(備)用熱力設(shè)備防銹蝕導(dǎo)則》進行防腐保護，超(超)臨界鍋爐的停、備用保養(yǎng)還需要不斷積累經(jīng)驗。

4.7 燃煤管理

燃煤形勢越來越不容樂觀，加強鍋爐燃煤管理，保證入廠煤、入爐煤的灰分、揮發(fā)分、發(fā)熱量、含硫量四大指標合格，并探索鍋爐燃用高硫煤時的防護手段與措施，顯得越來越重要。

5 結(jié)論

電站鍋爐“四管”泄漏事件時有發(fā)生，泄漏的原因復(fù)雜多樣。防治“四管”泄漏是一項長期而艱巨的工作，是一項名副其實的系統(tǒng)工程，需要從材質(zhì)選用和受熱面布置、制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量、運行管理、檢修管理、停/備用保養(yǎng)、燃煤管理等方面著手，控制好每個環(huán)節(jié)，真正做到全過程控制。