電站鍋爐受熱面爆管原因淺析

蘭州西固熱電有限責(zé)任公司 甘肅蘭州 730060

摘要：火力發(fā)電廠中，鍋爐"四管"的安全穩(wěn)定運(yùn)行，直接與發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行聯(lián)系在一起?；痣姍C(jī)組一旦發(fā)生“四管”泄漏就只有采取強(qiáng)迫停爐，進(jìn)行搶修，嚴(yán)重影響火力發(fā)電廠的正常生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本文分析了火力發(fā)電廠引起鍋爐“四管”爆漏的主要原因，并對“四管”防磨防爆的工作經(jīng)驗進(jìn)行了總結(jié)，對于防磨防爆工作具有很好的參考作用。

關(guān)鍵詞：鍋爐；“四管”；泄漏；防磨防爆

0.前言

在火電廠，電站鍋爐的“四管 ”長期受到高溫腐蝕和磨損，容易造成管道泄漏，常常導(dǎo)致事故發(fā)生，給電廠安全運(yùn)行造成威脅，是困擾火電廠安全生產(chǎn)的一大難題。通過分析鍋爐受熱面爆管的原因，提出預(yù)防措施，是減少鍋爐受熱面爆管發(fā)生的首要問題。

1.制造安裝、檢修維護(hù)對鍋爐受熱面爆管的影響

從實際運(yùn)行狀況來看，由于制造廠工藝問題、現(xiàn)場安裝及電廠檢修質(zhì)量等原因而造成的鍋爐受熱面爆管與漏泄事故也頗為常見，其主要問題包括以下幾個方面：

1.1.管子彎頭橢圓度和管壁減薄問題

由于制造廠工藝問題、質(zhì)量管理把關(guān)不嚴(yán)，往往造成彎管橢圓度不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，有部分管子彎頭壁厚小于直管段的最小需要壁厚；在檢修維護(hù)時使用的鋼管壁厚小于設(shè)計值造成強(qiáng)度不足，使部件提前失效。

1.2異物堵塞管路

由于管內(nèi)存在制造、安裝或檢修時的遺留物引起鍋爐受熱面的爆管事故也時有發(fā)生。

1.3管材質(zhì)量問題

鋼管材質(zhì)不良，管子本身存在分層、夾渣等缺陷，運(yùn)行時受溫度和應(yīng)力影響缺陷擴(kuò)大而爆管。

1.4用錯管材

在制造、維修過程中，應(yīng)該用合金鋼的錯用成碳鋼，使其在長期運(yùn)行中過熱爆破。

1.5安裝、檢修質(zhì)量問題

安裝、檢修維護(hù)時未按照圖紙要求施工，使管子排列、固定和膨脹間隙出現(xiàn)問題，運(yùn)行中在熱應(yīng)力的作用下將管子撕裂導(dǎo)致爆管。

2.運(yùn)行狀況對鍋爐受熱面爆管的影響

鍋爐及其相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀況對鍋爐爆管有很大的關(guān)系，且鍋爐爆管往往受到眾多因素的綜合影響。

2.1.蒸汽品質(zhì)不良

蒸汽品質(zhì)不良，引起管內(nèi)結(jié)垢嚴(yán)重，使管子換熱效果變差，導(dǎo)致管壁過熱引起爆管。

2.2.爐內(nèi)燃燒工況

鍋爐運(yùn)行中爐內(nèi)煙氣動力場和溫度場出現(xiàn)偏斜，則沿爐膛寬度和深度方向的煙溫偏差就會增加，從而使水平煙道受熱面以及尾部豎井受熱面沿寬度和深度方向上的煙溫和煙速偏差都相應(yīng)增大。我國大容量鍋爐中廣泛應(yīng)用的四角切圓燃燒技術(shù)常常會出現(xiàn)爐膛出口較大的煙溫或煙速偏差，有時兩側(cè)的煙溫偏差相當(dāng)大，從而引起超溫爆管。

2.3.煤種的差異

鍋爐在非設(shè)計煤種下運(yùn)行，主要表現(xiàn)在實際用煤與設(shè)計煤種不符、煤種多變和煤質(zhì)下降等。燃燒煤種偏離設(shè)計煤種，使著火點(diǎn)延遲，火焰中心上移，當(dāng)爐膛高度不足，過熱器就會過熱爆管。

2.4.受熱面積灰

鍋爐燃燒器調(diào)整不當(dāng)，吹灰器不能正常投用或工作不正常，往往造成爐膛結(jié)焦和過熱器積灰，爐膛結(jié)焦，水冷壁易發(fā)生超溫；過熱器積灰會使過熱汽溫下降，再熱汽溫上升，易造成再熱器超溫，從而導(dǎo)致爆管。

2.5.磨損與腐蝕

鍋爐燃料燃燒時產(chǎn)生的煙氣中帶有大量灰粒，灰粒隨煙氣沖刷受熱面管子時產(chǎn)生磨損，鍋爐吹灰器對受熱面發(fā)生磨損而造成泄漏的情況也比較常見。另外，鍋爐測漏裝置由于安裝位置不太恰當(dāng)，或使用不當(dāng)，對受熱面發(fā)生吹損而造成泄漏的情況也偶有發(fā)生。

當(dāng)燃用含有一定量硫、鈉和鉀等化合物的燃料時，在550～700℃的金屬管壁上會發(fā)生高溫腐蝕；煙氣中存在的SO2和SO3在受熱面壁溫低于煙氣露點(diǎn)時會發(fā)生受熱面低溫腐蝕。

2.6管內(nèi)堵塞、管壁結(jié)垢、外壁氧化

鍋爐在長期運(yùn)行中，銹蝕量較大，但因管徑小，無法徹底清除，管內(nèi)銹蝕物沉積在管子底部水平段或彎頭處，造成過熱而引起爆管，這一現(xiàn)象在不銹鋼管中問題最為突出。爐管內(nèi)壁結(jié)垢，使管壁溫升高，外壁氧化，又使管壁減薄，這些都會引起爆管。

2.7.運(yùn)行管理

在實際運(yùn)行中，由于運(yùn)行人員誤操作、運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)，使受熱面管材超過極限溫度運(yùn)行，在這種運(yùn)行工況下極易發(fā)生超溫爆管。

3.鍋爐受熱面爆管機(jī)理

根據(jù)受熱面爆管事故原因分析與總結(jié)，把電站鍋爐受熱面爆管機(jī)理歸納為以下7種。

3.1過熱

3.1.1.產(chǎn)生失效的原因

（1）管子內(nèi)介質(zhì)的流量分布不均，在通流橫截面積較小的管段，介質(zhì)對管壁不能有很好的冷卻效果，導(dǎo)致管子表面溫度升高，產(chǎn)生超溫現(xiàn)象；（2）鍋爐爐膛內(nèi)，部分區(qū)域發(fā)生超溫，這一區(qū)域管子表面溫度超過管材溫度設(shè)計值，導(dǎo)致過熱；（3）受熱面管子內(nèi)部產(chǎn)生污垢，傳熱熱阻增加，導(dǎo)致超溫過熱；（4）受熱面管子內(nèi)部有雜物，介質(zhì)流動受阻，管壁得不到很好的冷卻，產(chǎn)生過熱；（5）用錯管材，使用低等級管材，導(dǎo)致管子短時間過熱爆破；（6）在鍋爐運(yùn)行過程中，運(yùn)行人員減溫水投入不當(dāng)，導(dǎo)致管壁溫度超溫過熱。

3.1.2.應(yīng)對措施

根據(jù)受熱面管子過熱產(chǎn)生失效的原因，防止受熱面管子過熱的措施有，對受熱面管排進(jìn)行改造，更換小口徑的管排，均勻管內(nèi)介質(zhì)通流面積，運(yùn)行人員加強(qiáng)對爐膛燃燒狀況的監(jiān)視及調(diào)整，使?fàn)t內(nèi)燃燒穩(wěn)定；利用大小修停爐機(jī)會，及時對受熱面管子內(nèi)部進(jìn)行沖洗，除雜物、脫落的氧化皮等異物；加強(qiáng)金屬監(jiān)督，避免用錯管材等。

3.2磨損

3.2.1.產(chǎn)生失效的原因

（1）鍋爐煙道內(nèi)部出現(xiàn)局部煙氣走廊，煙氣流動不均，局部煙氣流速過快，發(fā)生管子磨損現(xiàn)象；（2）運(yùn)行人員對受熱面吹灰次數(shù)過多；（3）吹灰器產(chǎn)生缺陷，槍頭出現(xiàn)沙眼、裂紋等，導(dǎo)致泄漏；（4）燃燒煤粉細(xì)度過大造成管子磨損加劇等。

3.2.2.應(yīng)對措施

在鍋爐大小修中，對受熱面管排間距進(jìn)行調(diào)整，消除局部煙氣走廊；加強(qiáng)對吹灰器的運(yùn)行管理，在日常檢修維護(hù)工作中及時對吹灰器產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行消除及跟蹤，利用每次停爐檢修，測量、調(diào)整吹灰器槍頭伸縮尺寸；嚴(yán)格控制煤粉細(xì)度指標(biāo)，防止由于細(xì)度過大造成磨損加劇。

3.3應(yīng)力腐蝕裂紋

3.3.1.產(chǎn)生失效的原因

（1）管內(nèi)汽水中含有負(fù)一價氯、局部溫度過高、金屬應(yīng)力，是產(chǎn)生受熱面管子失效的三個條件；（2）在鍋爐啟動和停運(yùn)過程中，當(dāng)含有氧、氯元素的介質(zhì)進(jìn)入受熱面管子內(nèi)部時，容易產(chǎn)生腐蝕性裂紋；（3）管材焊接過程中，焊接工藝不當(dāng)，導(dǎo)致管子焊口附近有殘余熱應(yīng)力，未能及時消除。

3.3.2.應(yīng)對措施

采取有效措施，控制產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的三個基本條件，加強(qiáng)化學(xué)水處理工藝消除汽水中的氯離子、消除高溫環(huán)境，嚴(yán)格焊接工序工藝，及時消除焊接熱應(yīng)力；每次停爐后及時對鍋爐進(jìn)行防腐等。

3.4熱疲勞

3.4.1.產(chǎn)生失效的原因

（1）鍋爐運(yùn)行過程中，對受熱面進(jìn)行水力吹灰，導(dǎo)致管子內(nèi)外壁溫差過大，易導(dǎo)致熱疲勞；（2）鍋爐運(yùn)行中，局部熱負(fù)荷過高，受熱面管壁溫度超過其設(shè)計值，導(dǎo)致管材的金屬力學(xué)性能改變；（3）鍋爐機(jī)組啟停次數(shù)頻繁，爐內(nèi)溫度環(huán)境變化過大。

3.4.2.應(yīng)對措施

在鍋爐運(yùn)行中，避免進(jìn)行水力吹灰，利用停爐大修期間，進(jìn)行吹灰裝置改造，使用蒸汽吹灰裝置；改善運(yùn)行工況，加強(qiáng)燃燒調(diào)整，避免出現(xiàn)高負(fù)荷區(qū)域，導(dǎo)致管排超溫運(yùn)行；合理的計劃鍋爐啟停操作，改善爐內(nèi)溫度環(huán)境，避免出現(xiàn)爐膛內(nèi)部區(qū)域溫差過大。

3.5高溫腐蝕

3.5.1.產(chǎn)生失效的原因

（1）煤中含有的硫元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高，例如黃鐵礦硫，容易導(dǎo)致受熱面高溫腐蝕和結(jié)焦；（2）煤質(zhì)中的揮發(fā)份含量偏低，導(dǎo)致煤粉燃燒不完全，煤粉氣流沖刷水冷壁管排，噴燃器區(qū)域溫度過高，加之處于還原性氣流中，促使高溫腐蝕；（3）爐膛內(nèi)溫度分布不均，部分區(qū)域煙氣溫度過高，若煙氣中腐蝕性的物質(zhì)過多，容易黏附在管排上，易發(fā)生腐蝕。

3.5.2.應(yīng)對措施

加強(qiáng)入爐煤的煤質(zhì)分析，檢測煤種中硫元素的含量，合理進(jìn)行配煤摻燒；合理調(diào)整燃燒配風(fēng)，加強(qiáng)側(cè)壁風(fēng)的使用，減少煙氣中的還原性氣體，從而避免燃燒器區(qū)域管壁的高溫腐蝕。

3.6異種鋼焊接接頭失效

3.6.1.產(chǎn)生失效的原因

不同金屬材料的金屬力學(xué)性能差異很大，異種鋼焊接連接處在高溫環(huán)境中，容易產(chǎn)生蠕變，不同金屬蠕變強(qiáng)度相差大是異種鋼焊接初期失效的重要原因。

3.6.2.應(yīng)對措施

鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行是避免異種鋼焊接接頭失效最主要的因素；在不同金屬焊接時，嚴(yán)格焊接工序工藝，遵照《火力發(fā)電廠異種鋼焊接技術(shù)規(guī)程》DL/T752-2010國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，保證焊接質(zhì)量。

4.結(jié)論

造成鍋爐受熱面爆管的原因很多，只有對鍋爐受熱面爆管的原因進(jìn)行正確的分析，判斷受熱面管子失效的根本原因所在，提前制定預(yù)防措施，為火力發(fā)電機(jī)組的安全長周期運(yùn)行提供更加可靠的技術(shù)保障，才能從根本上解決鍋爐受熱面爆管問題，有效地防止鍋爐受熱面爆管事故的發(fā)生，確保電廠的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

作者簡介：

王成剛，現(xiàn)年44歲，本科學(xué)歷，長期熱力發(fā)電廠鍋爐設(shè)備檢修與技術(shù)管理工作，對165MW、330MW機(jī)組鍋爐本體、輔機(jī)、管閥系統(tǒng)設(shè)備有扎實的理論知識和豐富的現(xiàn)場技術(shù)管理經(jīng)驗。