火電廠鍋爐“四管”防爆技術(shù)分析

【摘要】火力發(fā)電廠電站鍋爐“四管”泄漏是發(fā)電設(shè)備可靠性差的一個主要因素，一旦發(fā)生“四管”泄漏事故，只能采取事故停爐進(jìn)行搶修，嚴(yán)重影響火力發(fā)電廠的正常運(yùn)行，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，據(jù)統(tǒng)計(jì)，受熱面爆漏造成的非計(jì)劃停運(yùn)事故占火力發(fā)電廠非?？倲?shù)的30-40%，本文結(jié)合古交興能電廠及其它電廠發(fā)生的“四管”泄漏事故，分析了“四管”泄漏的原因，總結(jié)了防治“四管”泄漏的一些技術(shù)措施。

【關(guān)鍵詞】“四管”泄漏；原因分析；措施；火力發(fā)電廠

引言

山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司2300MW鍋爐是采用美國燃燒工程公司（CE）的引進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)和制造的。鍋爐本體范圍內(nèi)的主要承壓管件省煤器管、水冷壁管、過熱器管、再熱器管（以下簡稱“四管”）是火力發(fā)電廠鍋爐的重要設(shè)備之一，在正常運(yùn)行中，四管直接接觸外部燃燒的流動介質(zhì)，內(nèi)部受給水流動的沖刷；外部燃燒后的飛灰磨損和內(nèi)部流體的沖刷，導(dǎo)致其管壁在運(yùn)行中逐漸變薄。當(dāng)管壁變薄到一定程度，不能承受了內(nèi)部流體的壓力時，就會出現(xiàn)爆裂，高壓力的介質(zhì)直接噴向接近大氣壓的爐膛內(nèi)部，引起其他四管的沖刷而泄漏，封閉循環(huán)被打破，后面管道內(nèi)介質(zhì)流動變緩，影響到整個循環(huán)的正常進(jìn)行，鍋爐會被迫停運(yùn)，機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行中止。經(jīng)統(tǒng)計(jì)：興能電廠兩臺300MW機(jī)組和兩臺600MW自2005年和2009年投入生產(chǎn)以來，共計(jì)發(fā)生“四管”爆漏26次。其中過熱器系統(tǒng)共發(fā)生爆漏9次，占總爆漏次數(shù)的34.6%；再熱器系統(tǒng)共發(fā)生爆漏8次，占總爆漏次數(shù)的30.8%；水冷壁管共發(fā)生爆漏6次，占總爆漏次數(shù)的23.1%；省煤器管共發(fā)生爆漏3次，占總爆漏次數(shù)的11.5%，因此找到四管泄漏的原因，從根本上治理“四管”泄漏，是發(fā)電廠減少非計(jì)劃停運(yùn)的關(guān)鍵。

1.鍋爐“四管”泄漏的原因分析

電站鍋爐尤其是尾部煙道內(nèi)部設(shè)備，隨著運(yùn)行時間的推移，煙氣沖刷、飛灰磨損、熱腐蝕、金屬疲勞等綜合因素的影響，導(dǎo)致爐管泄漏，造成鍋爐“四管”泄漏、爆管的原因主要有以下幾個方面：

1.1制造工藝、金屬材料及安裝、焊接工藝方面的影響

若“四管”制造工藝及金屬材料的采用不能滿足長期高溫、高壓的工作環(huán)境，或設(shè)計(jì)裕度不夠，引起管道材料的蠕變及破壞；安裝、檢修焊接質(zhì)量問題造成焊接部位產(chǎn)生應(yīng)力集中和接頭機(jī)械性能下降，如下圖：

焊口的咬邊、滿溢、焊瘤、內(nèi)凹（塌腰）、未焊透、夾渣、氣孔、裂縫（包括熱裂縫、冷裂縫和再熱裂紋等），致使焊口處成為薄弱部位而造成爆管。同時異種焊接部位也是易造成爆管的部位，會在焊接接頭處因熱脹差發(fā)生環(huán)向的破裂，水冷壁管的泄漏部位主要就發(fā)生在焊口位置。

1.2超溫影響

a.鍋爐高溫受熱面處于煙氣溫度較高的地方，且其中工質(zhì)溫度高，如其長期在超溫10-20℃條件下運(yùn)行，受熱面金屬壽命將會縮短一半，應(yīng)盡量避免其工作溫度超過設(shè)計(jì)值，確保鍋爐的安全運(yùn)行。要防止、減少“四管”泄漏的機(jī)率。

1.3磨損是引起鍋爐“四管”泄漏的重要原因

由興能公司各年份鍋爐“四管”爆漏技術(shù)原因分類統(tǒng)計(jì)（如下表）可以算出：由于磨損造成的鍋爐“四管”瀑漏事故占到了鍋爐“四管”爆漏總數(shù)的38.5%：

由于鍋爐受熱面的環(huán)境極為惡劣，一方面是高溫?zé)煔獾臎_刷，另一方面還要承受工作介質(zhì)的高溫、高壓影響以及給水和蒸汽品質(zhì)的影響；由于管壁腐蝕或高溫?zé)煔鉀_刷、飛灰磨損等原因造成管壁減薄，各受熱面承受高壓、高溫能力下降，當(dāng)達(dá)到金屬材料的工作極限時，便會引起鍋爐“四管”泄漏或爆破，而引起磨損泄漏爆管主要發(fā)生在省煤器、低溫過熱器、低溫再熱器等煙溫較低的尾部受熱面上及噴燃器火嘴附近的水冷壁彎管。究其原因，有如下幾點(diǎn)：

a.飛灰磨損、煙氣沖刷：飛灰磨損為影響受熱面壽命的主要因素。原煤中灰分難于控制，高的灰分造成了燃燒后飛灰濃度急劇增加，對受熱面的磨損也是日益嚴(yán)重?；曳值脑黾舆€導(dǎo)致受熱面的積灰存在，特別在過熱器、再熱器和水冷壁部位，積灰增加后，不能及時被清理后，導(dǎo)致該部位管子傳熱效果降低，金屬壁溫降低，在350℃以下的積灰還能吸附SO2，導(dǎo)致管子的腐蝕加劇。飛灰磨損，同時與原煤的磨制過程也有很大的關(guān)系，磨制煤粉部件的損耗往往會增加煤粉中鐵或其他金屬顆粒，這些金屬顆粒極不易熔化，隨著煙氣進(jìn)入煙道，加劇對尾部煙道設(shè)備的磨損。試驗(yàn)表明：對于碳鋼表面，沖擊角為30-50度的部位磨損最嚴(yán)重，會在管壁表面造成一個磨損棱角，飛灰磨損、煙氣沖刷造成受熱面爆管主要是因?yàn)樵撎幋嬖跓煔庾呃?，本廠1#機(jī)組在2009年發(fā)生的一次過熱器管屏爆管事故，從損壞管道表面分析，該處管道因長期的飛灰磨損、煙氣沖刷，外壁明顯變薄，焊管處呈長形爆破狀，周圍煙道也有沖刷，磨損痕跡，部分管道防磨板已磨損或脫落；飛灰在爐膛內(nèi)如果沒有達(dá)到其熔化溫度時仍然保持其原有的形狀，進(jìn)入煙道后隨著溫度的降低，其硬度有所增加，撞擊管道的力量加劇，對四管的磨損就加劇。特別是飛灰中的SiO2含量對磨損的程度影響更大，當(dāng)其含量超過60%時，磨損顯著加劇。因此鍋爐中省煤器的磨損往往比過熱器的磨損要快些。原煤中灰分的存在和制粉過程的磨損存在，飛灰磨損是不可避免的。

b.吹灰器的投入，會造成管壁磨損問題：吹灰磨損與飛灰磨損較為相象，管壁的金相也相似，通常只是機(jī)械性磨損，發(fā)生塑性破壞，管壁磨損處明顯減薄，一般發(fā)生磨損爆管的地方都位于吹灰器的吹灰管排處，由于吹灰蒸汽也是取自高溫、高壓的過熱蒸汽，長期固定的對受熱面的某一部位進(jìn)行吹掃、沖刷，同時夾雜著飛灰顆粒，對受熱面的磨損更為嚴(yán)重。

c.機(jī)械磨損：機(jī)械磨損的產(chǎn)生原因是受熱面管排上的管卡常會因過熱變形或焊接不牢固而開焊，造成管子振動并與管卡相撞，或者水冷壁與其它相鄰部件有撞擊或摩擦，使管壁磨損減薄，當(dāng)管壁減薄到一定程度時，在內(nèi)壓的作用下，管子發(fā)生爆破。檢修中經(jīng)常鋸割管道或?qū)Σ糠止艿佬迯?fù)，不小心時容易傷到其他管子而沒有及時發(fā)現(xiàn)，或者在焊接、氣割其他管子時誤碰到鄰近管道沒有及時發(fā)現(xiàn)或處理。焊接管子沒有嚴(yán)格按照焊接工藝進(jìn)行或熱處理沒有達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)也可列為機(jī)械損傷。

d.煤粒磨損：煤粒磨損一般是由于三次風(fēng)嘴（或主火嘴）燒壞變形，帶粉氣流沖刷到周圍水冷壁而造成的。對于煤料磨損，其破口特征為：爆口沿向火面中心線一側(cè)的管壁最薄處開裂，然后以向火面另一側(cè)為軸呈掀開狀，爆口邊緣呈刀刃狀，一端撕裂，爆破管及兩側(cè)管無脹粗、鼓包。向火面中心線一側(cè)嚴(yán)重磨損減薄，爆口附近管可能有結(jié)渣現(xiàn)象，說明水冷壁爆破時塑性變形不大。

1.4引起鍋爐“四管”泄漏的其他原因

a.發(fā)生“四管”泄漏事故時未能及時處理，造成事故的擴(kuò)大聯(lián)鎖泄漏事故的發(fā)生，受熱面爆管確認(rèn)后，停機(jī)停爐要果斷，避免事故的擴(kuò)大。

b.腐蝕爆管：由于外部介質(zhì)與受熱面管子發(fā)生化學(xué)作用或電化學(xué)作用而引起的爆管稱為腐蝕爆管。爆管按腐蝕發(fā)生的部位，可分為煙氣側(cè)腐蝕和水側(cè)腐蝕爆管。煙氣側(cè)腐蝕主要用于燃燒用高水分、硫分的燃料時煙氣中的SON含量增加，腐蝕受熱面的外壁，從而使管壁變薄，在高溫高壓介質(zhì)的作用下引起受熱面泄漏、爆破，而水側(cè)腐蝕爆管主要是由于鍋內(nèi)水局部濃縮引起的運(yùn)行中的腐蝕，給水含氧引起的氧腐蝕和因應(yīng)力產(chǎn)生的苛性脆化等。

c.由于其它原因引起的“四管”泄漏：由于受熱面運(yùn)行環(huán)境原因、運(yùn)行方式調(diào)整，以及其它人為原因。

2.避免和減少引起“四管”泄漏的因素的防范措施

2.1建立健全責(zé)任制，發(fā)揮主觀能動性，提高運(yùn)行、檢修和管理水平

四管泄漏的防治，重在人員的責(zé)任心，對于運(yùn)行人員具有高度的責(zé)任心可以合理調(diào)整，及時緩解受熱面的惡化程度；對于檢修人員提高責(zé)任心可以及早發(fā)現(xiàn)缺陷，及時處理缺陷。建立三級檢查和驗(yàn)收制度人人有責(zé)，從宏觀檢查到磁粉探傷，從尺寸測量到金屬檢驗(yàn)，做到全過程、全方位檢查，檢修部門制定對班組的考核管理辦法，并確定專責(zé)人，嚴(yán)格進(jìn)行工作監(jiān)督檢查驗(yàn)收，針對古交六大煤礦供煤的特點(diǎn)，強(qiáng)化入廠煤監(jiān)管，制定煤質(zhì)最低標(biāo)準(zhǔn)，灰份太高的煤不能進(jìn)廠，同時加強(qiáng)古交配煤廠管理，做好煤種摻合工作。

2.2加強(qiáng)設(shè)備管理，認(rèn)真做好鍋爐定檢工作

利用一切停爐機(jī)會，對鍋爐承壓部件進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)缺陷的管子及時進(jìn)行處理，完善防磨防腐措施，采用新技術(shù)、新方法來增加設(shè)備的使用壽命，如省煤器穿墻處、靠墻兩側(cè)添加防磨護(hù)板，并補(bǔ)充完善管子上的防磨蓋板，以加強(qiáng)防磨作用，停爐做好停爐保養(yǎng)工作，為防止高溫腐蝕采用受熱面管外表面超音速噴涂新型防磨腐蝕材料。

2.3做好運(yùn)行調(diào)整工作

運(yùn)行工況的影響是長遠(yuǎn)的，是四管壽命的關(guān)鍵保證。主要應(yīng)從以下幾點(diǎn)進(jìn)行控制：

a.嚴(yán)格控制鍋爐參數(shù)和各受熱面壁溫在允許范圍內(nèi)，防止超溫、超壓、滿水、缺水等事故的發(fā)生，鍋爐啟停階段參數(shù)的控制應(yīng)嚴(yán)格按照啟停曲線進(jìn)行，鍋爐變工況運(yùn)行時，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視和調(diào)整，防止發(fā)生參數(shù)大幅度變化及管壁發(fā)生超溫現(xiàn)象。

b.及早采取防磨措施：由于受熱面處在流動的煙氣中，磨損是在所難免的，做好防磨工作可以減緩受熱面的磨損，降低泄漏的發(fā)生。停爐檢查部位應(yīng)側(cè)重于檢查以下部位：⑴鍋爐受熱面經(jīng)常受機(jī)械和飛灰磨損部位（如穿墻管、懸吊管、管卡處管子和省煤器、水平煙道內(nèi)過熱器上部管段、臥式布置的再熱器等）。⑵易因膨脹不暢而拉裂的部位（如水冷壁四角管子、燃燒器噴口和孔，門彎管部位的管子，工質(zhì)溫度不同而連在一起的包墻管，與煙、風(fēng)道滑動面連接處的管子等）。⑶受水力或蒸汽吹灰器的水（汽）流沖擊的管子及水冷壁或包墻管上開孔裝吹灰器部位的鄰近管子。⑷屏式過熱器、高溫過熱器和高溫再熱器等有經(jīng)常超溫記錄的管子。

c.鍋爐啟動及停爐冷卻后，應(yīng)按照規(guī)定檢查和記錄各聯(lián)箱及膨脹指示器的指示，監(jiān)視各部位的膨脹及收縮情況是否正常。

d.加強(qiáng)鍋爐水汽監(jiān)督，保證汽水品質(zhì)合格，發(fā)現(xiàn)汽水品質(zhì)不良時應(yīng)及時通知運(yùn)行人員并逐級匯報(bào)，與此同時還應(yīng)查明原因進(jìn)行處理，當(dāng)汽水品質(zhì)嚴(yán)重惡化危及設(shè)備運(yùn)行時應(yīng)采取緊急措施直至停爐。

e.加強(qiáng)燃燒調(diào)整，防止發(fā)生火焰偏斜貼壁、沖刷受熱面等不良現(xiàn)象，合理控制風(fēng)量和風(fēng)量的分配，避免風(fēng)量過大缺氧燃燒，投停燃燒器應(yīng)注意分布對稱、均勻，以盡量減小熱力偏差，防止受熱面超溫。受熱面長期過熱爆管。

f.鍋爐結(jié)渣應(yīng)及時進(jìn)行吹灰和清除，防止形成大渣塊后落下砸壞冷灰斗處的水冷壁管。

g.加強(qiáng)吹灰管理，制定合理的吹灰程序，參數(shù)和吹灰周期，避免由于操作不當(dāng)或吹灰設(shè)備存在缺陷而造成的受熱面吹損。

h.加強(qiáng)對水冷壁、過熱器、再熱器等受熱面壁溫及工質(zhì)溫度的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)超溫應(yīng)及時分析原因，通過運(yùn)行調(diào)整使之盡快恢復(fù)正常并認(rèn)真做好記錄。

i.認(rèn)真執(zhí)行設(shè)備巡回檢查制度，發(fā)現(xiàn)受熱面泄漏，及時通知檢修及有關(guān)人員并按事故處理的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行處理。

j.對由于人員過失造成的受熱面泄漏事故應(yīng)認(rèn)真分析，查明原因，吸取教訓(xùn)，以便采取相應(yīng)的對策預(yù)防。

3.結(jié)束語

四管泄漏是對電站鍋爐來說是一個永恒的主題，是經(jīng)常性的工作，杜絕四管泄漏也是很難實(shí)現(xiàn)的，只有對泄漏進(jìn)行根據(jù)原因的防治和預(yù)防。做好運(yùn)行調(diào)整是防止四管泄漏的根本，是防止四管泄漏的最好辦法，運(yùn)行調(diào)整主要從防止超溫、防止煙氣流速過大、防止火焰燒偏、防止結(jié)焦等方面著手。受熱面的防磨從外部治理，在其他條件不能滿足時采用防磨可以減緩磨損進(jìn)度。根據(jù)電廠的實(shí)際情況合理選擇防磨型式，可以從經(jīng)濟(jì)和效益方面綜合考慮；提高各級人員的責(zé)任心是防止四管泄漏的關(guān)鍵。