電廠鍋爐爆管原因分析與防范

（中國石化集團(tuán)勝利油田設(shè)備管理處，山東 東營 257001）

電廠鍋爐爆管原因分析與防范

叢巖

（中國石化集團(tuán)勝利油田設(shè)備管理處，山東 東營 257001）

火力發(fā)電廠鍋爐事故約占電廠總事故的70%，而鍋爐爆管泄漏造成的事故停機(jī)占52%。結(jié)合勝利發(fā)電廠防鍋爐爆管泄漏的管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鍋爐爆管泄漏原因進(jìn)行了詳細(xì)分析并提出預(yù)防措施。

鍋爐；爆管；原因分析；防范措施

一、設(shè)備情況簡(jiǎn)介

勝利發(fā)電廠一期兩臺(tái)鍋爐為DG670/13.7-8A型超高壓中間再熱自然循環(huán)、固態(tài)排渣貧煤鍋爐，分別于1992、1993年投產(chǎn)。二期工程兩臺(tái)鍋爐為SG1025/17.40-M851型亞臨界壓力中間再熱自然循環(huán)、固態(tài)排渣貧煤鍋爐，分別于2003、2004年投產(chǎn)。

勝利發(fā)電廠自投產(chǎn)以來,由于設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行方式等原因經(jīng)常發(fā)生鍋爐爆管泄漏。一期兩臺(tái)鍋爐在1993至1998年就發(fā)生爆管泄漏79次，二期兩臺(tái)鍋爐在2003至2008年爆管泄漏8次。

二、鍋爐爆管原因分析

1.磨損爆管

鍋爐受熱面的飛灰磨損和機(jī)械磨損是影響鍋爐長(zhǎng)期安全運(yùn)行的主要原因。受熱面飛灰磨損泄漏爆管有明顯的宏觀特征，管壁減薄，外表光滑。運(yùn)行中發(fā)生嚴(yán)重泄漏時(shí)，可發(fā)現(xiàn)兩側(cè)煙溫偏差，不及時(shí)停爐處理，往往會(huì)加大泄漏范圍，并殃及其他受熱面的安全。2008年勝利發(fā)電廠4號(hào)爐低溫再熱器B側(cè)西數(shù)第一排南數(shù)第一根因飛灰磨損爆管。造成嚴(yán)重飛灰磨損的原因是結(jié)構(gòu)因素、設(shè)計(jì)、安裝與檢修的不足。在省煤器邊排管與爐墻之間、省煤器彎頭與爐墻之間、再熱器與兩側(cè)墻之間存在一個(gè)煙氣走廊。這個(gè)區(qū)域由于煙氣流動(dòng)阻力小，局部煙速可增大到平均煙速的兩倍甚至更大，造成這些地方管子磨損嚴(yán)重。位于煙氣走廊的省煤器、再熱器的彎頭，過熱器下彎頭及管卡附近的邊排管和穿墻管部位是飛灰磨損較為嚴(yán)重的部位，特別是在省煤器區(qū)，煙氣溫度已較低，灰粒變硬，磨損更為突出。燃燒器、吹灰器附近水冷壁等處也是煤粉、飛灰磨損較為嚴(yán)重的部位。

在安裝、運(yùn)行和檢修過程中，如果受熱而管子未固定牢固或管卡受熱變形，管排就會(huì)發(fā)生振動(dòng)并與管卡發(fā)生碰撞磨損造成泄漏。

預(yù)防磨損的方法主要是減小煙氣走廊、均勻氣流、受熱面管子迎風(fēng)面加裝護(hù)瓦或涂耐磨涂料等。

2.腐蝕爆管

鍋爐受熱面的腐蝕主要是管外的高溫腐蝕和水品質(zhì)不合格引起的管內(nèi)化學(xué)腐蝕。當(dāng)腐蝕嚴(yán)重時(shí)，可導(dǎo)致腐蝕爆管事故發(fā)生。高溫腐蝕多發(fā)生在水冷壁區(qū)域。但是大容量鍋爐的過熱器、再熱器的壁溫較高，尤其是左右兩側(cè)煙溫相差較大時(shí)，腐蝕現(xiàn)象也比較嚴(yán)重。正常運(yùn)行情況下，鍋爐不會(huì)發(fā)生管內(nèi)腐蝕與結(jié)垢。品質(zhì)良好的給水中帶有少量雜質(zhì)，通過爐水處理成為水渣或膠狀物質(zhì)，溶解在水中通過排污排出。

高溫腐蝕是爐內(nèi)高溫?zé)煔馀c金屬壁面相互作用的物理化學(xué)過程，按其機(jī)理通?？煞譃槿箢悾毫蚧?FeS2、H2S)型腐蝕、焦硫酸鹽型腐蝕和氯化物型腐蝕。水冷壁管發(fā)生高溫腐蝕的區(qū)域通常多在燃燒高溫區(qū)，如燃燒器區(qū)附近，其余區(qū)域的高溫腐蝕明顯減弱或根本不發(fā)生高溫腐蝕。發(fā)生高溫腐蝕的管子向火側(cè)正面的腐蝕速度最快，管壁減薄量最大，背火側(cè)則不發(fā)生高溫腐蝕。2011年勝利發(fā)電廠3號(hào)爐因?yàn)楦邷馗g超標(biāo)更換了300根水冷壁管。

3.過熱爆管

過熱器和再熱器是鍋爐承壓受熱面中工質(zhì)溫度和金屬溫度最高的部件，而汽側(cè)換熱效果又相對(duì)較差，所以過熱現(xiàn)象多出現(xiàn)在這兩個(gè)受熱面中。受熱面過熱后，管材金屬溫度超過允許值，發(fā)生內(nèi)部組織變化，降低了許用應(yīng)力，管子在內(nèi)壓力下產(chǎn)生塑性變形，使用壽命明顯縮短，最后導(dǎo)致超溫爆破。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制蒸汽溫度的上限。過熱分長(zhǎng)期過熱和短期過熱，長(zhǎng)期過熱是指管壁溫度長(zhǎng)期處于設(shè)計(jì)溫度以上而低于材料的下臨界溫度，超溫幅度不大但時(shí)間較長(zhǎng)，使鍋爐管子發(fā)生碳化物球化，管壁氧化減薄，持久強(qiáng)度下降，蠕變速度加快，使管徑均勻脹粗，最后在管子的最薄弱部位導(dǎo)致脆裂爆管現(xiàn)象。長(zhǎng)期超溫爆管主要發(fā)生在高溫過熱器的外圈和高溫再熱器的向火面。低溫過熱器、低溫再熱器的向火面均可能發(fā)生長(zhǎng)期超溫爆管。長(zhǎng)期過熱爆管的破口形貌，具有蠕變斷裂的一般特性，管子破口呈脆性斷口特征：爆口粗糙、邊緣為不平整的鈍邊、爆口處管壁厚度減薄不多。短期過熱是指當(dāng)管壁溫度超過材料的下臨界溫度時(shí)，材料強(qiáng)度明顯下降，在內(nèi)壓力作用下，發(fā)生脹粗和爆管現(xiàn)象。短期過熱常發(fā)生在過熱器的向火面直接和火焰接觸及直接受輻射熱的受熱面管子上。爆口塑性變形大，管徑有明顯脹粗，管壁減薄呈刀刃狀；一般情況下爆口較大呈喇叭狀；爆口呈典型的薄唇形爆破；爆口的微觀為韌窩；爆口周圍管子材料的硬度顯著升高；爆口周圍內(nèi)、外壁氧化皮的厚度取決于短時(shí)超溫爆管前長(zhǎng)時(shí)超溫的程度，長(zhǎng)時(shí)超溫程度越嚴(yán)重，氧化皮越厚。如果存在爐膛高度設(shè)計(jì)偏低，火焰中心偏后、受熱面偏大、受熱面選材裕度不夠或錯(cuò)用材料、動(dòng)力工況差、蒸汽質(zhì)量流速偏低和受熱面結(jié)構(gòu)不合理等因素，都會(huì)造成受熱面超溫或存在較大的熱偏差及局部超溫。在制造、安裝和檢修中，如果出現(xiàn)管內(nèi)異物堵塞而造成工質(zhì)流動(dòng)不暢、斷路、短路等，會(huì)導(dǎo)致受熱面的超溫。運(yùn)行中如果出現(xiàn)燃燒控制不當(dāng)、火焰后移、爐膛出口煙溫高或爐內(nèi)熱負(fù)荷偏差大，燃燒不完全引起煙道二次燃燒，減溫水投停不當(dāng)、管內(nèi)結(jié)垢等情況，也會(huì)造成受熱面過熱。加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整和監(jiān)視，控制管壁超溫是預(yù)防過熱的主要措施。2008年勝利發(fā)電廠1號(hào)爐高過爆管因?yàn)殚L(zhǎng)期過熱組織老化級(jí)別為4～5級(jí)爆管。

4.焊接質(zhì)量和拉裂

鍋爐本體是由受熱面焊接組裝起來的，每個(gè)受熱面的每一根管子都有多個(gè)焊口，一臺(tái)大型鍋爐整個(gè)受熱面焊口數(shù)量多達(dá)幾萬個(gè)。而受熱面又是承受高溫高壓的設(shè)備，焊接缺陷主要有裂紋、未焊透、未熔合、咬邊、夾渣、氣孔等。焊接缺陷的產(chǎn)生原因很多，它與結(jié)構(gòu)應(yīng)力、坡口形式、母材、焊接材料、焊接參數(shù)、熱處理工藝和焊工技術(shù)水平等有關(guān)。保證焊接質(zhì)量必須加強(qiáng)焊工管理及焊接工藝質(zhì)量的檢驗(yàn)評(píng)定。鍋爐壓力容器焊接的焊工應(yīng)經(jīng)考試合格持證施焊，實(shí)際施焊位置、管種、尺寸應(yīng)和合格證所規(guī)定準(zhǔn)許施焊項(xiàng)目相一致；要特別注意合金鋼、異種鋼的焊接，注重焊接準(zhǔn)備、焊接、熱處理、焊后檢驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)；加強(qiáng)金屬監(jiān)督，防止錯(cuò)用鋼材及焊接材料，特別是對(duì)有關(guān)焊口要全面進(jìn)行金屬檢驗(yàn)合格。

拉裂是指在鍋爐經(jīng)過多次啟停后，在管子—管子、管子—密封件、管子—?jiǎng)傂粤哼B接等部件之間由于熱膨冷縮不同步、位移不同步，又無足夠的補(bǔ)償能力的情況下管子產(chǎn)生的裂紋泄漏。這些部位爐外有保溫層，爐內(nèi)管排密集，預(yù)先檢查難以發(fā)現(xiàn)，也很難裝設(shè)監(jiān)測(cè)設(shè)備。

避免管子—管子直接接觸，如過熱器管排夾持管、定位管、屏間屏內(nèi)焊接管等在設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮加裝過渡板；管屏爐外部分，管子之間不必焊接，使管子有一定的補(bǔ)償能力。過渡板與管子間的連接焊縫應(yīng)不等強(qiáng)，即焊接高度應(yīng)略低于管子壁厚。

管子—密封件處的拉裂主要發(fā)生在過熱器、再熱器的穿墻管處，水冷壁、包墻管與鰭片連接末端等。這個(gè)問題主要應(yīng)在設(shè)計(jì)階段和安裝期間解決，要把鍋爐的支吊裝置、鍋爐膨脹死點(diǎn)、膨脹方向、膨脹量考慮清楚，要有自我補(bǔ)償能力。補(bǔ)償節(jié)應(yīng)適當(dāng)，預(yù)留膨脹間隙及方向應(yīng)正確。穿墻后的爐外管段應(yīng)有彎曲弧度，使之具有足夠的自我補(bǔ)償能力。如果發(fā)現(xiàn)爐頂過熱器管塌落或嚴(yán)重變形，應(yīng)及時(shí)處理。

管子—?jiǎng)傂粤褐g的拉裂。大型鍋爐的爐膛及尾部都裝有剛性梁，剛性梁通過過渡部件與管子連接，剛性梁是鍋爐的重要部件，它確保鍋爐整體形狀及剛性，在鍋爐內(nèi)爆或外爆時(shí)，保護(hù)鍋爐不受損傷。因此必須搞清楚鍋爐各個(gè)部位的剛性梁及鍋爐膨脹系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想、管子與剛性梁之間的膨脹死點(diǎn)及膨脹方向。管子與剛性梁之間的連接件應(yīng)完好，不應(yīng)有開裂、嚴(yán)重變形及卡阻現(xiàn)象；剛性架內(nèi)側(cè)與管子之間的空隙要充填隔熱材料，以防剛性梁內(nèi)側(cè)受熱彎曲變形，產(chǎn)生附加應(yīng)力。

拉裂引起的泄漏所占比例較大，應(yīng)認(rèn)真檢查減少拉裂漏泄，預(yù)防拉裂主要是消除應(yīng)力集中現(xiàn)象。2009年勝利發(fā)電廠3號(hào)爐甲側(cè)中隔墻發(fā)生爆管，原因是東數(shù)第4根過熱器管東側(cè)鰭片與東側(cè)環(huán)形集箱焊接在一起，中間沒有膨脹縫，而西側(cè)的鰭片有膨脹縫。環(huán)形集箱與中隔墻下聯(lián)箱膨脹不均產(chǎn)生拉伸應(yīng)力最終傳遞到過熱器管的薄弱環(huán)節(jié)，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生泄漏，使四周的管子相互吹損。

三、鍋爐爆管防范措施

1.加強(qiáng)檢修管理，制定實(shí)施防磨計(jì)劃

提高認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)四管的檢查監(jiān)督力度。防磨防爆人員要充分利用大、小修對(duì)四管進(jìn)行宏觀檢查，堅(jiān)持“逢停必檢”原則，掌握鍋爐四管金屬長(zhǎng)期運(yùn)行中的性能規(guī)律，發(fā)現(xiàn)和消除金屬事故的隱患。對(duì)高溫腐蝕、磨損、脹粗、鼓包、應(yīng)力集中等情況加強(qiáng)檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)徹底處理。加強(qiáng)金屬監(jiān)督和化學(xué)分析，對(duì)熱負(fù)荷較集中部分采取割管檢查和化學(xué)分析，對(duì)易結(jié)焦、易磨損、吹灰器易吹薄的部位進(jìn)行測(cè)厚檢查，對(duì)過熱器、再熱器等易超溫的部位進(jìn)行金相分析。通過金相分析分批對(duì)管材老化的省煤器進(jìn)行改造，過熱器、再熱器進(jìn)行管材升級(jí)更換。

加強(qiáng)四管附件的檢查，如防磨瓦、管排卡子，整理管排，嚴(yán)防形成煙氣走廊。對(duì)檢修焊口做好無損探傷檢驗(yàn)，把好焊接質(zhì)量控制關(guān)。

2.加強(qiáng)運(yùn)行管理和爐水監(jiān)督

運(yùn)行人員要認(rèn)真操作，按規(guī)程升降負(fù)荷。日常密切監(jiān)視四管報(bào)警情況，嚴(yán)防受熱面四管超溫，加強(qiáng)對(duì)管壁溫度的監(jiān)視，減少管壁超溫。燃料專業(yè)要加強(qiáng)入爐煤快速分析預(yù)報(bào)工作，為運(yùn)行人員精心操作、勤調(diào)整提供依據(jù)，便于運(yùn)行人員及時(shí)調(diào)整一、二次風(fēng)，合理調(diào)整風(fēng)粉量和過?？諝饬?，使煤粉在爐內(nèi)充分燃燒。保證磨組在最佳狀態(tài)運(yùn)行，嚴(yán)格控制煤粉細(xì)度，減少設(shè)備磨損。認(rèn)真進(jìn)行燃燒調(diào)整，控制火焰中心不傾斜，嚴(yán)格控制各部件的參數(shù)，嚴(yán)禁超限運(yùn)行，加強(qiáng)受熱面吹灰，防止局部結(jié)焦超溫。加強(qiáng)爐水監(jiān)督，保證品質(zhì)合格等。

3.加強(qiáng)爐外小口徑管道泄漏的防治

對(duì)爐外小徑管如鍋爐排污管、底部加熱管、取樣管，儀表管等，因管壁腐蝕、管材本身缺陷和焊接質(zhì)量原因造成的泄漏，一是對(duì)管材升級(jí)并嚴(yán)格焊接質(zhì)量，將汽包加藥管、再熱器流量、主汽流量表管的材質(zhì)由原來的20G更換成1Cr19Ni9，將水冷壁下聯(lián)箱底部加熱和排污管由原來的20G更換成0Cr18Ni9Ti。管材升級(jí)后有效解決了爐外小管徑管到管壁腐蝕問題；二是采用注膠、捻縫等方法進(jìn)行帶壓堵漏。帶壓堵漏消除漏點(diǎn)快，一般漏點(diǎn)1h內(nèi)即可完成堵漏，特殊的、規(guī)格較大的在數(shù)小時(shí)內(nèi)也可以處理完畢。帶壓堵漏技術(shù)還有節(jié)約能源、防止污染,不破壞設(shè)備系統(tǒng)原貌,易于以后修復(fù)等。

四、效果

勝利發(fā)電廠對(duì)煤粉鍋爐防泄漏爆管的研究分析取得良好效果，鍋爐泄漏爆管次數(shù)由9次/年降到3次/年以下。近幾年實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)鍋爐連續(xù)運(yùn)行480天以上，單臺(tái)鍋爐連續(xù)5年未發(fā)生爆管，創(chuàng)出部分年度零爆管等單項(xiàng)勝利電廠紀(jì)錄。

五、結(jié)語

防止鍋爐爆管泄漏是一項(xiàng)綜合工程，應(yīng)從運(yùn)行、檢修、技術(shù)改進(jìn)等方面加強(qiáng)監(jiān)督、管理和檢查以及綜合考慮。勝利發(fā)電廠重視鍋爐爆管泄漏的預(yù)防工作，成立了鍋爐防磨防爆小組，定期對(duì)機(jī)組運(yùn)行、檢修中暴露出的問題開展專題分析活動(dòng)，超前謀劃和防范，修訂《防磨防爆管理辦法》，制定切實(shí)可行的目標(biāo)、技術(shù)措施，層層落實(shí)崗位責(zé)任制。運(yùn)行人員根據(jù)煤質(zhì)變化及時(shí)調(diào)整燃燒，控制合理風(fēng)速，控制管壁超溫、加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)督和化學(xué)監(jiān)督。檢修人員提高檢修質(zhì)量和金屬監(jiān)督力度。防磨防爆小組最近20年積累了豐富的防磨防爆檢查經(jīng)驗(yàn)，并應(yīng)用到勝利發(fā)電廠的實(shí)際工作中，堅(jiān)持“逢停必檢”方針，盡可能地?cái)U(kuò)大檢查范圍，加強(qiáng)對(duì)隱蔽部位的檢查，發(fā)現(xiàn)了許多問題并及時(shí)處理，大大地減少了鍋爐非計(jì)劃停爐，保證了發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

TM621.2

：B

：1671-0711（2014）11-0049-03

2014-08-05）