鍋爐受熱面“四管”漏泄分析及預防治理

鄭永路，敖翔

(遼寧華電鐵嶺發(fā)電有限公司，遼寧 鐵嶺 112000)

1 設備概況

遼寧華電鐵嶺發(fā)電有限公司(以下簡稱鐵嶺發(fā)電公司)一期工程設計為4×300 MW發(fā)電機組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造的亞臨界自然循環(huán)汽包爐，型號為HG-1021/18.2-YM4；二期工程設計為2×600 MW發(fā)電機組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造的超超臨界參數(shù)變壓運行直流鍋爐，型號為HG-1795/26.15-YM1。#1～#6機組相繼于1993年2月、1993年11月、1994年12月、1996年8月、2008年7月、2008年12月并網(wǎng)發(fā)電，截至2012年2月，鍋爐受熱面共發(fā)生漏泄118次。

2 漏泄原因分析

各類原因導致的漏泄次數(shù)統(tǒng)計見表1。由表1可以看出，過熱、原始缺陷、焊接質(zhì)量、吹灰器故障和磨損是導致“四管”漏泄的主要原因。2006年以前過熱超溫、原始缺陷和焊接缺陷是導致“四管”漏泄的最主要原因,缺陷發(fā)生部位集中在工質(zhì)溫度和金屬溫度最高的再熱器和過熱器上。2006—2010年針對鍋爐“四管”防磨防爆工作，開展了后屏再熱器改造、尾部受熱面防磨、燃燒器及吹灰器附近水冷壁防磨、煙氣走廊防磨等一系列工作，有效控制了“四管”漏泄，取得了明顯效果。2011年，鐵嶺發(fā)電公司#5，#6機組進入長周期運行階段，新投產(chǎn)鍋爐受熱面存在的原始缺陷較多：水冷壁鰭片受熱應力影響頻繁拉裂(1年內(nèi)9次受熱面漏泄有7次是水冷壁漏泄)；異物堵塞過熱器節(jié)流孔圈，造成管子過熱而發(fā)生漏泄。

2.1 過熱超溫

由表1可以看出，管材過熱超溫造成的漏泄占總數(shù)的33.05%，是“四管”漏泄最主要的原因。過熱超溫主要發(fā)生在工質(zhì)溫度和金屬溫度最高的過熱器和再熱器部件，分為長期過熱和短期過熱。長期過熱是在超溫幅度不太大的情況下長期超溫運行，使金屬材料的機械強度下降，蠕變速度加快，管子發(fā)生脹粗直至破裂。 短期過熱是由于異物堵塞管道、鍋爐燃燒不穩(wěn)等原因，導致管道傳熱惡化，局部溫度急劇上升，超溫幅度較大并且超過金屬材料的極限允許溫度而引起管道超溫爆裂。 一期鍋爐受熱面過熱超溫多是長期過熱，二期鍋爐受熱面過熱超溫兩者兼而有之。

表1 各類原因漏泄次數(shù)統(tǒng)計

為了使二期鍋爐換熱管中冷卻工質(zhì)流量和局部熱負荷匹配，消除由于燃燒和汽水系統(tǒng)布置導致的熱偏差，大量采用了節(jié)流孔來調(diào)節(jié)每根或每屏換熱管的流動阻力，從而調(diào)節(jié)換熱管中冷卻工質(zhì)的流量，與局部熱負荷匹配，保證換熱管壁溫不超限。水冷壁、分隔屏、后屏和末級過熱器進口都設計有節(jié)流孔，為了達到調(diào)節(jié)流動阻力的目的，節(jié)流孔直徑都很小，后屏過熱器及末級過熱器節(jié)流孔直徑最小只有10.3 mm。從節(jié)流孔圈的運行效果分析，在鍋爐運行過程中，加裝節(jié)流孔的水冷壁、分隔屏、后屏與末級過熱器出口管爐外壁溫測點顯示，各受熱面出口壁溫分布比較均勻，確實達到了減少受熱面壁溫偏差，均勻受熱面出口蒸汽溫度的目的，對減少鍋爐受熱面的材料過熱損害和內(nèi)壁蒸汽氧化都有很大的好處。但由于節(jié)流孔結構對鍋爐系統(tǒng)處理和雜物清理的要求非常高，國內(nèi)多家具有相同結構的鍋爐都發(fā)生了節(jié)流孔堵塞造成受熱面過熱爆管的事故。

鐵嶺發(fā)電公司發(fā)生過3次節(jié)流孔異物堵塞造成的過熱爆管事故。在發(fā)生爆管后有時能從節(jié)流孔處發(fā)現(xiàn)異物，有時在節(jié)流孔處未發(fā)現(xiàn)異物。在節(jié)流孔處清理出的雜物有焊瘤、鐵屑和制造加工過程中產(chǎn)生的“眼鏡片”。后屏過熱器及末級過熱器入口集箱均采用兩側進汽、從中間引出換熱管屏的布置方式，從節(jié)流孔堵塞位置分析，集箱中的雜物被兩端蒸汽吹到集箱中間部位，在蒸汽吹動等交變力的作用下，雜物在集箱內(nèi)沿箱壁上下滑動，如果滑到換熱管進口邊沿就落入換熱管內(nèi)，較細小的雜物被蒸汽帶走，稍大的雜物在節(jié)流孔處堆積或搭橋。由于換熱管本身阻力較小，堆積雜物形成的壓差不足以壓垮搭橋結構，細小的雜物不斷覆蓋在橋架上使節(jié)流孔基本堵死，冷卻工質(zhì)流量急劇降低，導致?lián)Q熱管過熱爆管。爆管后爆口處壓力顯著降低，在堵塞處形成很大的壓差，將雜物搭橋結構壓垮沖走。

2.2 原始缺陷

原始缺陷的產(chǎn)生主要是鍋爐使用管材在制造、加工時產(chǎn)生了缺陷，即氣泡、夾層、折疊、壁厚不均、退火不良和晶粒度大等誘發(fā)了原始缺陷。

2.3 焊接缺陷

鍋爐本體是經(jīng)焊接安裝在一起的，是承受高溫、高壓的設備，因此焊接質(zhì)量對鍋爐安全、經(jīng)濟運行有重大影響，焊口漏泄和結構應力、坡口形式、焊接材料、焊接參數(shù)、熱處理工藝和焊工技術水平密切相關。常見的焊接缺陷包括咬邊、夾渣、未焊透、未熔合、氣孔和裂紋等。

2.4 磨損

由于飛灰、灰粒在高速煙氣的帶動下具有一定的動能，當煙氣流經(jīng)受熱面時，灰粒與管壁發(fā)生撞擊、切削、沖擊或摩擦，使管壁磨損。受熱面易發(fā)生磨損的部位主要有頂棚過熱器彎頭，高低溫過熱器、省煤器兩側或靠近兩側處，處于水平煙道底部的彎頭，爐墻通道空隙及局部低阻區(qū)，以及任何形成煙氣走廊地帶的彎頭及邊排管。煙氣磨損主要和煙氣流速、燃料消耗量、燃料的灰粒成分、灰量、飛灰濃度等有關，煙氣流速的影響最大，磨損量與速度的三次方成正比，而燃料消耗量主要影響煙氣量和流速。

2.5 吹灰器故障

機組運行過程中，為了防止或減輕爐膛、煙道結焦和積灰，在爐膛四周及尾部受熱面布置了吹灰器。其中，爐膛布置的是蒸汽吹灰器，并要求每天定期投入使用。當吹灰器動作發(fā)生卡澀進退不自如時，就會造成高壓蒸汽對局部受熱面的定點吹掃，管壁逐漸減薄并最終爆管。此外，還有火檢冷卻風對受熱面的吹損，其原理與吹灰器定點吹損原理相同。這一情況在一期、二期爐膛吹灰器上都發(fā)生過，主要由設備檢查、維護不到位造成。此外，#2，#3鍋爐水冷壁存在大面積吹薄現(xiàn)象，原因有二：一是燃燒煤質(zhì)發(fā)生變化，煤中灰分較高，受熱面積灰、結焦較多，吹灰器投入比較頻繁；二是吹灰蒸汽壓力設定偏大，加快了吹損速度。目前，鐵嶺發(fā)電公司已降低吹灰蒸汽壓力至1.8 MPa。

2.6 其他因素

造成受熱面漏泄的各種其他因素中，占比例較大的是二期側水冷壁鰭片拉裂，裂紋延伸到水冷壁造成漏泄。產(chǎn)生鰭片拉裂的原因有二：一是水冷壁剛性梁內(nèi)翼緣溫度過高，剛性梁內(nèi)外翼緣溫差過大發(fā)生變形，而水冷壁與剛性梁同步發(fā)生彎曲變形，在焊接薄弱的補裝焊縫處發(fā)生裂紋，裂紋延伸至咬邊、未熔合等缺陷應力集中處拉裂水冷壁引起漏泄；二是水冷壁壁溫偏差過大，當相鄰管道溫差大于50 ℃時，易造成應力集中，從而導致水冷壁變形而拉裂鰭片。

3 總體趨勢與預防措施

3.1 總體趨勢

1993—2012年度漏泄次數(shù)變化曲線如圖1所示。由圖1可以看出：1993—2006年，鐵嶺發(fā)電公司受熱面漏泄次數(shù)整體呈波動趨勢，但總體是下降的；2006—2010年呈穩(wěn)步下降趨勢；2011年漏泄次數(shù)又開始上升。

圖1 1993—2012年度漏泄次數(shù)變化曲線

自1996年開始，鐵嶺發(fā)電公司針對“四管”漏泄問題對受熱面進行改造，逐步提高材質(zhì)水平，取得了非常好的成效；逐步提高運行水平，嚴格控制受熱面溫度，避免過熱超溫；制訂積極的受熱面檢查、考核和獎勵制度，獎罰分明，既加強了檢修人員的責任心，又調(diào)動了其積極性，鍋爐“四管”漏泄明顯得到了控制，穩(wěn)定了機組的生產(chǎn)運行。尤其是2006年以來，更針對性地提高了鍋爐后屏再熱器的材質(zhì)水平，利用機組大小修機會對易磨損部位進行防磨處理，特別是對末級過熱器、立式過熱器、省煤器沖刷產(chǎn)生磨損的部位加裝防磨料，對標高35 m省煤器重點防磨部位噴涂復合金屬陶瓷，在尾部煙氣走廊磨損嚴重部位加裝防磨瓦，在爐膛吹灰器附近水冷壁、燃燒器四角水冷壁、渣井上部水冷壁進行電弧噴涂等舉措，使得“四管”漏泄由2006年的8次下降到2010年的3次，效果顯著。2011年，該公司二期新投產(chǎn)機組進入長周期運行階段，設計、施工質(zhì)量產(chǎn)生的缺陷逐漸暴露出來，受熱面總體漏泄次數(shù)明顯上升，但一期4臺機組在2011年全年未發(fā)生漏泄，這與多年的綜合治理是分不開的。

分析圖1可知，一期機組投運初期(1996—1997年)漏泄有爆發(fā)性上漲趨勢，二期機組投運初期(2011年)漏泄也有相同的爆發(fā)性上漲趨勢。所以，今后的工作重點要放在二期受熱面穩(wěn)定運行、重點檢查、集中消缺上，通過集中治理，盡快使其進入平穩(wěn)期。

3.2 過熱超溫

趨勢分析：1993—2012年，受熱面由于過熱引起漏泄的整體趨勢是逐步下降的，尤其自2007年以來得到了很好的控制。鐵嶺發(fā)電公司主要對后屏再熱器、末級再熱器和過熱器受熱面進行了提高材質(zhì)的改造，提高了受熱面材料等級，取得了良好的成效。另外，加強鍋爐運行管理，在運行中加強燃燒擺動調(diào)節(jié)，防止爐內(nèi)火焰偏斜、水冷壁結渣、爐膛出口溫度偏高、過熱器和再熱器積灰，加強水、汽化學監(jiān)督，避免受熱面內(nèi)結垢，在結構上避免吸熱和流量不均，在檢修中避免出現(xiàn)錯用鋼材、焊接材料以及異物堵管情況。

預防措施：運行人員根據(jù)燃燒煤質(zhì)及時調(diào)整燃燒工況，特別是在5臺磨煤機同時運行情況下，盡可能采取調(diào)整燃燒器擺角等措施，控制爐膛燃燒中心，避免出現(xiàn)火焰偏斜和燃燒中心上移而導致超溫；嚴格按照升壓曲線進行升壓；加強鍋爐燃燒調(diào)整，定期投用吹灰器，避免爐膛嚴重結焦掉落破壞爐底水封造成火焰上移而出現(xiàn)受熱面超溫；定期對一期汽包和二期受熱面節(jié)流孔進行檢查，重點檢查一期汽包內(nèi)積垢情況以及汽包內(nèi)加藥管及連排管路、二期水冷壁及過熱器節(jié)流孔圈，以防堵塞；保證合格的除氧溫度，合理控制磷酸鹽的添加量，保證添加藥品的質(zhì)量合格，做好定期排污工作；在運行過程中加強對壁溫監(jiān)測，密切關注超溫情況，若發(fā)現(xiàn)壁溫超溫，要利用機組停爐機會檢查超溫部位受熱面管及節(jié)流孔有無異常；定期檢測受熱面內(nèi)壁氧化皮厚度和氧化皮脫落后堆積狀況，清理堵塞在換熱管內(nèi)的氧化皮。

3.3 原始缺陷

趨勢分析：1993—2005年，受熱面由于原始缺陷引起漏泄的整體趨勢是不確定的，原始缺陷的產(chǎn)生是由多種因素造成的，很多制造安裝時埋下的隱患具有不可預知性，隨著鍋爐運行時間的不斷增加會逐漸凸顯出來。機組自2006年投運以來，經(jīng)過了長周期運行，原始缺陷呈減少趨勢。通過對受熱面進行全面、細致的檢查和處理，能夠盡量避免或減少因為原始缺陷而造成的漏泄。

預防措施：繼續(xù)加強對受熱面原始缺陷的詳細檢查，對吊掛、穿墻管、鰭片等容易熱膨脹不均部位重點檢查，尤其針對二期新投運機組，更應利用停爐機會加強檢查和及時處理。

3.4 焊接缺陷

趨勢分析：1993—2011年，受熱面由于焊接缺陷引起漏泄的整體趨勢是波形的，為防止由于焊接缺陷引起受熱面漏泄事故的發(fā)生，加強對焊工的培訓力度，改善焊接工藝，讓每名焊工都詳細了解缺陷性質(zhì)，以及發(fā)生的部位、方向、尺寸和材料；組建工作組進行判斷分析，包括母材質(zhì)量、熱影響區(qū)、焊縫金屬、接頭形狀、焊接條件、有無消除應力，加強各道工序的質(zhì)量檢驗。

預防措施：嚴格執(zhí)行焊接工藝標準和焊口檢驗制度，加強焊工培訓，遵守受熱面管材和焊材光譜檢驗制度，對受熱面容易氧化、脹粗、變形部位管排上的卡塊、流體間隔定位管等焊口加強檢查。

3.5 磨損

趨勢分析：1993—2012年，受熱面由于磨損引起的漏泄共8次。為了防止在形成煙氣走廊地帶的彎頭及邊排管磨損，在各臺鍋爐加裝護瓦和刷涂防磨料，取得了明顯的效果。在機組大、小修和停爐臨檢時，及時對煙氣走廊等易磨損部位進行檢查，發(fā)現(xiàn)缺陷立刻處理，基本能夠解決磨損引起的漏泄問題。近年來由于燃燒煤種發(fā)生變化，受熱面磨損速度較以前明顯加快，在防磨重點部位要嚴格監(jiān)視，爭取掌握現(xiàn)有條件下防磨料損耗和使用壽命的具體數(shù)據(jù)，掌握現(xiàn)階段磨損情況的特點，及時補換缺損的防磨料和防磨設備，對現(xiàn)在使用的防磨瓦和防磨料厚度能否滿足長周期運行進行認真分析。

預防措施：煙氣走廊仍然為重點檢查部位，做到逢停必檢，特別對省煤器、低溫過熱器以及兩側不容易檢查的管排，應加強防磨檢查，發(fā)現(xiàn)防磨料脫落、磨損或出排部位及時檢查并處理；在末級過熱器、立式過熱器、省煤器、尾部煙氣走廊兩側管排和包墻管易磨損的部位加裝防磨料；在省煤器和低溫過熱器等不容易刷涂防磨料或磨損速度快的彎頭部位加裝U形護瓦。

3.6 吹灰器故障

趨勢分析：1993—2011年，受熱面由于吹灰器故障共引起漏泄11次，整體呈波動形式。2007年以來，采取了降低吹灰蒸汽壓力、水冷壁易吹損部位噴涂等措施，使吹灰器故障發(fā)生的爆管控制在每年1次以內(nèi)。

預防措施：加強對鍋爐吹灰器的維護，消除潛在隱患，利用停爐大小修機會對爐膛吹灰器和水冷壁進行徹底檢查；降低吹灰器蒸汽壓力到合理范圍，在保證吹灰效果的情況下，減少對水冷壁的傷害；運行人員盡可能根據(jù)結焦情況減少每天吹灰器的投入次數(shù)。

3.7 其他引起爆管的因素

趨勢分析：其他引起爆管的因素中，二期水冷壁拉裂占比最大，而且隨著二期機組的長周期運行，設備原始設計、安裝存在的缺陷會進一步暴露出來，具有不確定性。

預防措施：利用大小修及維護機會，對受熱面原始缺陷進行詳細檢查，特別是對水冷壁、穿墻管和鰭片等容易熱膨脹不均部位著重檢查；補裝鰭片焊縫存在的裂紋、未熔合和咬邊及其他易引起應力集中的尖銳缺陷，均需打磨補焊，并采取圓滑過渡處理；按照設計值，保溫層外溫度應為50～80 ℃。針對現(xiàn)有情況，檢查保溫材料(導熱系數(shù))及其施工質(zhì)量，如果未到達設計要求，及時進行改進，使剛性梁內(nèi)溫度盡量低于80 ℃；利用停爐機會盡快修復水冷壁中間聯(lián)箱處的溫度測點，以便在運行狀態(tài)下能夠真實了解水冷壁的受熱情況，以確認是否更換節(jié)流孔圈。

4 結束語

減少和防止“四管”漏泄要從設計制造、運行、檢修3個最基本方面入手，堅持“預防為主，質(zhì)量第一”的方針，組織攻關和防磨防爆小組，集思廣益，做好受熱面漏泄防治工作。整體分析2006—2012年118次受熱面漏泄，發(fā)現(xiàn)了新的問題和新的特點，針對現(xiàn)有情況，有針對性地及時采取措施，消除隱患和危險點，爭取在未來防止“四管”漏泄的工作中取得進步，保證機組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。

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