異物堵塞引起電站鍋爐四管泄漏分析及預防措施

李廣龍，姜波，王家新，侯凡軍，劉輝

（1.山東里彥發(fā)電有限公司，山東濟寧273517；2.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學研究院，濟南250003；3.華能山東威海發(fā)電有限責任公司，山東威海245200）

·發(fā)電技術·

異物堵塞引起電站鍋爐四管泄漏分析及預防措施

李廣龍1，姜波2，王家新2，侯凡軍2，劉輝3

（1.山東里彥發(fā)電有限公司，山東濟寧273517；2.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學研究院，濟南250003；3.華能山東威海發(fā)電有限責任公司，山東威海245200）

異物堵塞引起受熱面泄漏已成為威脅火電機組安全的重要因素。收集事故案例，對異物堵塞引起的四管泄漏原因加以系統(tǒng)分析。按異物形成階段不同，將堵塞異物分為基建、檢修和自身產(chǎn)生異物。對每一類別進行現(xiàn)象描述、案例介紹及原因分析，提出了相應的預防措施。綜合而言，該系列措施能夠有效降低四管泄漏，對于保證機組安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

異物堵塞；泄漏；分析；防治

0 引言

火力發(fā)電廠中，鍋爐“四管”指水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器的管道。鍋爐“四管”的安全穩(wěn)定運行與發(fā)電機組的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行是密不可分的。在發(fā)電機組的非計劃停運統(tǒng)計中，鍋爐四管泄漏占30%以上，不僅影響電廠的經(jīng)濟性，多次啟停對鍋爐的壽命影響巨大，因此鍋爐四管泄漏的防治是電廠的重點工作。近年來，因異物堵塞造成受熱面泄漏有逐漸增多的趨勢。按異物形成階段的不同，可分為基建遺留異物、檢修遺留異物和自身產(chǎn)生異物?；ㄟz留異物主要由于制造、安裝過程中執(zhí)行防異物工藝措施不當導致的；檢修遺留異物主要是在檢修過程中，未嚴格執(zhí)行封堵措施和檢修工作措施，進入汽水系統(tǒng)內(nèi)的異物；自身產(chǎn)生的異物主要是由內(nèi)部構建脫落、運行操作不當、汽水品質不良、管材老化等原因產(chǎn)生。

1 基建遺留異物案例

1.1 案例介紹

鍋爐受熱面在制造、運輸、安裝、檢修等過程中因各種原因導致異物進入管內(nèi)、集箱內(nèi)，隨著蒸汽的流動會導致雜物的位置發(fā)生變化，引起堵塞造成該管道蒸汽流量減少而過熱爆管。超（超）臨界鍋爐節(jié)流孔處更易堵塞，主要發(fā)生在過熱器、再熱器和水冷壁管道內(nèi)。

2011年11月，某鍋爐高溫再熱器出口管段爆破泄漏，如圖1所示。從爆口的外部形貌看，管道脹粗明顯，爆破口不大，管道外表面有較厚的氧化皮，呈長期過熱特征。檢查發(fā)現(xiàn)泄漏管對應的高溫再熱器

入口聯(lián)箱內(nèi)有一根長約700mm的鋼管，如圖2所示。

圖1 高溫再熱器出口管道爆口形貌

圖2 入口聯(lián)箱內(nèi)遺留鋼管堵塞管孔

2011年7月，某鍋爐屏式過熱器出口管段彎頭泄漏，如圖3所示。泄漏管爆口形貌外表面有較厚氧化皮，爆口處鼓包，開口40 mm×3 mm，自異種鋼接頭到出口分配集箱管道脹粗明顯，外表有較厚的氧化皮，管道呈長期過熱狀。檢查發(fā)現(xiàn)對應屏式過熱器入口聯(lián)箱內(nèi)管孔堵塞，堵塞物為遺留的焊渣和“眼鏡片”，如圖4所示。

圖3 屏過出口段彎頭爆口形貌

圖4 異物堵塞入口聯(lián)箱管孔

某超臨界600 MW機組，2006年12月運行期間高溫過熱器中間管屏發(fā)生短期過熱爆管，在高溫過熱器進口聯(lián)箱內(nèi)爆管管屏附近發(fā)現(xiàn)的扁鋼，如圖5所示，經(jīng)進一步分析該扁鋼為減溫器內(nèi)套筒拼接時的扁鋼墊板［1］。

圖5 聯(lián)箱內(nèi)取出的異物

某600 MW亞臨界機組分隔屏過熱器爆管，檢修時用內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)節(jié)流孔有鐵屑堵塞。隔開分隔屏入口連接管，從節(jié)流孔和聯(lián)箱內(nèi)取出的異物，鐵屑寬3.5 mm，厚0.3 mm，如圖6所示。

某680 MW超超臨界機組在試運期間，鍋爐后屏過熱器出口管爆口泄漏，爆口附近管段脹粗明顯，斷口為開放性斷裂，壁厚無明顯減薄，呈長時間過熱狀。檢查發(fā)現(xiàn)對應入口聯(lián)箱引出管節(jié)流孔處有鐵塊等雜物，如圖7所示。

圖6 分隔屏過熱器節(jié)流空處取出的異物

圖7 后屏過熱器入口聯(lián)箱內(nèi)的鐵塊

1.2 原因分析

制造或安裝時，管道和聯(lián)箱組裝焊接對口前未徹底清理內(nèi)部遺留物。施工過程中未采取好防異物措施，造成焊渣、“眼鏡片”、鋼管、焊條頭等雜物遺留在汽水管道及聯(lián)箱內(nèi)，導致部分管道口或節(jié)流孔堵塞，致使蒸汽流量不足，經(jīng)過長時或短時運行，造成鍋爐受熱面管過熱爆管。

1.3 處理和防范措施

在汽水系統(tǒng)安裝、檢修時，應做好防止異物進入的措施和清理措施。集箱內(nèi)部100%進行清理檢查，除去設備的毛刺、“眼鏡片”等，防止制造和安裝殘留物堵塞管道。

利用機組停運機會，用內(nèi)窺鏡或其他方法對聯(lián)箱內(nèi)部及節(jié)流孔部位進行檢查，發(fā)現(xiàn)異物及時進行清理。

受熱面組合前，所有受熱面管道100%進行通球檢查，通球后及時封堵管口，嚴禁將各種物件如焊絲、焊條、銼刀、磨頭等放入管道。

2 檢修遺留異物案例

2.1 案例介紹

機組檢修時，因檢修工藝不良、防異物管理措施執(zhí)行不好，造成異物進入鍋爐受熱面汽水系統(tǒng)中，堵塞受熱管導致過熱泄漏。異物堵塞主要發(fā)生在過熱器、再熱器和水冷壁管上彎管、縮口等處。

某670 MW超臨界機組鍋爐末級再熱器受熱面

升級改造，機組滿負荷運行后發(fā)生泄漏。管道脹粗明顯，爆口呈短時過熱狀，如圖8所示。原因為管道更換焊接時內(nèi)部封堵不規(guī)范，塞入大量水溶解性差的填充物，填充物在出口管縮頸處堆積，最終導致管道堵塞過熱爆管。

2010年4月，某循環(huán)流化床鍋爐屏式過熱器連續(xù)兩次發(fā)生爆管。第二次爆管為短時超溫爆管，如圖9所示。本次爆管的位置為第一次爆管所更換的新管道，距離機組點火不久，負荷50%左右就發(fā)生泄漏。原因分析為第一次爆管后鍋爐放水，風機未停運，造成大量的床料倒吸進入屏式過熱器管內(nèi)（上次有爆口的管道本次檢查也存在不同程度的超溫現(xiàn)象，經(jīng)割管后內(nèi)窺檢查發(fā)現(xiàn)底部有沉積的床料），沉積在下部彎頭處，造成蒸汽流通差，冷卻效果差而短時過熱爆管。爆管后蒸汽攜帶大量的床料造成周圍水冷壁管沖刷減薄較嚴重。

圖8 再熱器管爆口形貌

圖9 冷屏爆口形貌

2013年8月，某145MW機組在更換過熱的屏式過熱器管后，點火時開機發(fā)生泄漏。爆口形狀開口較大，如圖10所示，邊緣較鋒利，周圍無明顯沖刷減薄跡象，為短時超溫爆管。原因分析更換管道時為防止穿膛風塞水溶紙不當造成的，塞的過實過多，水壓試驗時水溶紙未能溶解而造成堵塞。過多過實的水溶紙即使遇水后溶解，猶如粘稠狀漿糊一樣，脫水后會變的堅硬，如果沉積到管道底部會形成堵塞。

圖10 熱屏爆口形貌

2.2 原因分析

檢修工藝不良。管道焊接內(nèi)部封堵不規(guī)范，沒有使用焊接專用水溶紙，或填充量大而密實堵塞管路；焊接質量差，內(nèi)部產(chǎn)生焊瘤，減小管道通流面積；受熱面管打底層焊接方法、工藝選擇不當，致使焊渣、焊絲頭進入管道內(nèi)部。

機組檢修時，防異物進入措施執(zhí)行不到位，通球、封堵、檢查清理控制失效，異物進入管道內(nèi)，不能及時發(fā)現(xiàn)和清除，致使運行中發(fā)生堵塞爆管。

鍋爐受熱面管泄漏停爐后，由于負壓作用，爐灰、耐火料等有可能從爆口處吸入管道內(nèi)，造成管道堵塞再次爆管泄漏。

2.3 治理和防范措施

加強機組檢修焊接工藝及質量控制。為防止穿膛風或需要充氬保護時，應采用焊接專用的水溶紙［2］。采用正確合理的封堵方法進行封堵，避免過多過實。采用與管道規(guī)格一樣的水溶紙張按照圖11的方式進行封堵。

圖11 正確使用水溶紙的方法

受熱面管打底層焊接必須選用手工鎢極氬弧焊方法，控制內(nèi)部成型符合標準要求，避免產(chǎn)生焊瘤；受熱面割管盡可能采用機械切割方法進行，如采用火焰切割，切割后應及時清理內(nèi)部焊渣。

檢修中做好防異物控制。受熱面割管后及時封堵，坡口制作時，防止鐵屑進入管道內(nèi)部；新管更換前進行內(nèi)部清潔度檢查和通球試驗，懷疑管內(nèi)有異物時，用內(nèi)窺鏡或其他方法進行檢查并徹底清理。

鍋爐泄漏搶修時做好泄漏管內(nèi)部異物檢查。

3 自身產(chǎn)生異物案例

3.1 案例介紹

因汽水品質不良、節(jié)流孔板結構形狀、運行控制等原因，在節(jié)流孔處產(chǎn)生垢物，聯(lián)箱、管道檢修殘留

粉末狀碎屑加劇了垢物的聚集長大，節(jié)流孔的通流面積明顯減少導致了水冷壁超溫爆管。

鍋爐點火啟動初期，負荷較低時，減溫水量過大、減溫器噴水孔故障或減溫水霧化不良，均會造成對流過熱器、再熱器下部U型管束內(nèi)積水。但因鍋爐負荷較低，蒸汽在管內(nèi)流速低，進出口聯(lián)箱壓差很小，由此導致較長時間存在水塞現(xiàn)象。

汽水管道內(nèi)結構件（如減溫器內(nèi)部固定塊、噴管等）運行中脫落，脫落構件進入聯(lián)箱內(nèi)堵塞管孔，造成管內(nèi)汽流不暢超溫爆管。

火電廠鍋爐高溫段爐管廣泛使用的鐵素體和奧氏體管材，在運行條件下，蒸汽會使爐管內(nèi)壁生成一層氧化層，可以阻礙鐵和水或蒸汽間的進一步反應，防止管內(nèi)介質中的某些成分對金屬的腐蝕，起到保護的作用。但是，在一定條件下，這些氧化層會與母材脫離，大量的氧化層脫落堆積在下部彎頭處，造成爐管的蒸汽通流截面減小，甚至會將管道完全堵塞，爐管因冷卻不足導致過熱，管壁機械強度顯著降低，進而發(fā)生脹粗、爆管、泄漏。

某1 000 MW超超臨界機組鍋爐為降低熱偏差，在水冷壁入口集箱上部接管裝焊不同內(nèi)經(jīng)的節(jié)流孔板，節(jié)流孔徑7.0～14 mm。機組投運約10 000 h，水冷壁先后發(fā)生多次管壁超溫甚至過熱爆管。爆口呈短時過熱形貌，割除節(jié)流孔管段檢查，發(fā)現(xiàn)節(jié)流孔板處存在聚集結垢現(xiàn)象，部分結垢嚴重的管道已堵塞通流面積的50%以上，如圖12所示。

圖12 水冷壁節(jié)流孔結垢堵塞形貌

某670 MW超臨界機組高溫過熱器TP347材料內(nèi)壁氧化皮脫落堵塞導致爆管，在周圍脹粗的管壁內(nèi)部檢查和取出的氧化皮情況如圖13所示。隨著運行參數(shù)的升高，因氧化皮脫落堵塞造成的超溫爆管概率呈上升趨勢，主要發(fā)生在鋼102、T23、T91、TP347H等材料上。

圖13 氧化皮脫落在彎頭處堆積情況及取出的實物

某600 MW和300 MW亞臨界機組，檢修后并網(wǎng)運行2 h分別發(fā)生末級過熱器爆管和后屏過熱器爆管，爆口呈脆性撕裂，如圖14所示，并有晶界孔洞。爆口呈喇叭狀，邊緣銳利，為短時過熱，進一步原因分析為水塞造成。

圖14 末級過熱器因水塞爆口形貌

引起水塞的主要因素有：鍋爐水壓試驗后，過熱器管束內(nèi)積存水無法排出；鍋爐停運冷卻過程中，部分蒸汽凝結水積于過熱器U形管下部；鍋爐點火啟動前，從鍋爐水冷壁下聯(lián)箱引入外來蒸汽進行加熱，當鍋爐汽包內(nèi)產(chǎn)生蒸汽時，在對流過熱器管束內(nèi)產(chǎn)

生凝結水積于該管束下部U形管內(nèi)；減溫器系統(tǒng)疏水門開度過小或關閉過早；鍋爐點火啟動初期，負荷較低時，減溫水量過大；減溫器噴水孔故障，霧化不良等，均會造成對流過熱器下部U形管束內(nèi)積水。

3.2原因分析

汽水系統(tǒng)中Fe含量均值的變化，造成磁性氧化鐵Fe3O4沉積，由于節(jié)流孔板設計結構原因，在水冷壁節(jié)流孔處易于聚集。

機組啟動過程中，鍋爐蒸汽溫度上升過快，導致投入減溫水過早，不正確的使用減溫水或二級減溫后蒸汽溫度達不到飽和度要求，均易形成水塞。水塞阻滯汽流正常通過，造成受熱面管泄漏。

汽水管道內(nèi)結構件固定不牢或損壞。如減溫器設計制造存在質量隱患，焊接強度不足，在運行過程中，由于聯(lián)箱內(nèi)蒸汽沖擊，扁鋼墊板固焊點強度下降，導致扁鋼墊板脫落堵塞在管中，進而造成高溫過熱器爆管。

3.3 治理和防范措施

加強運行中鐵離子監(jiān)控，控制和減緩氧化鐵離子的生成，防止結垢聚結；投產(chǎn)前進行化學冷態(tài)和熱態(tài)清洗。采用給水加氧處理方式，減緩給水系統(tǒng)的腐蝕和堵塞；加強檢修過程工藝控制，避免異物、粉碎性物質進入和殘留在系統(tǒng)管道內(nèi)，防止其在垢物處被吸附聚集。當節(jié)流孔垢物沉積到一定程度時，需要采用化學酸洗法溶解垢物，消除沉積在節(jié)流孔板上和集箱底部的氧化鐵。

機組啟動初期，禁止使用大量減溫水。為防止鍋爐U型管式過熱器、再熱器因水澀導致爆管，對能形成水塞的管段，采用“吸”、“截”、“沖”、“燒”、“烘”5字措施，有效防止水塞造成的受熱面泄漏［3］。發(fā)現(xiàn)水塞后，運行人員應監(jiān)視受熱面金屬壁溫，防止管束超溫。發(fā)現(xiàn)超溫，嚴禁采用增加燃料烘干法消除水塞，防止管束超溫爆管。

加強汽水管道內(nèi)構件檢查，重點檢查減溫器、流量測量裝置、溫度測量裝置內(nèi)部構件的完整性。

防止和減緩氧化皮生成和脫落的主要措施。首先，嚴格控制煙氣及蒸汽的流速，防止超溫現(xiàn)象出現(xiàn)。另外，控制鍋爐啟停過程中溫度及負荷的變化速率，避免頻繁啟停，減少熱沖擊。對于容易堵塞的管道，采用多次蓄壓一次快速釋放的辦法，利用蒸汽汽流將堆積的氧化皮帶出［4］。

增加溫度監(jiān)測點也是很重要的一項措施。加強對高溫過熱器壁溫的監(jiān)控，出現(xiàn)超溫現(xiàn)象時馬上進行調(diào)整。采用無損檢測的方法，對容易堆積氧化皮的彎頭、焊縫處進行重點檢查，并及時進行割管處理。根據(jù)實際運行情況，建立長期的監(jiān)控機制，掌握氧化皮生長和脫落的速率，及時制定檢修方案。

4 結語

因異物堵塞造成的鍋爐四管泄漏現(xiàn)象，要針對不同的原因，采取準確的措施來預防和降低泄漏問題的發(fā)生。嚴格執(zhí)行防異物工藝措施，防止在制造、安裝、改造及檢修過程中把異物遺留到管道內(nèi)。對于有懷疑的應加強內(nèi)窺檢查，確保管道內(nèi)部無異物。加強停爐檢查，采用無損檢測的方法，對容易堆積氧化皮的彎頭、焊縫處進行重點檢查，并及時進行割管處理。水壓試驗后應充分放水以及機組啟動初期，禁止使用大量減溫水，防止U型管式過熱器、再熱器下部存水；對懷疑形成水塞的管段，采用“吸”、“截”、“沖”、“燒”、“烘”措施，有效防止水塞造成的受熱面泄漏。嚴格運行調(diào)整，嚴格控制升降溫速度和升降壓速度，嚴禁超溫運行，降低氧化皮生成和脫落概率。

［1］龍毅，彭欣.異物堵塞造成的高溫過熱器爆管分析［J］.熱力發(fā)電，2009，38（4）：89-90.

［2］張一凡.不銹鋼管道焊接充氬保護［J］.熱力發(fā)電，2008，37（1）：118-119.

［3］肖哲民.鍋爐對流過熱器水塞的形成與消除［J］.華北電力技術，2001，21（4）：55-58.

［4］袁紅玉，孫亮.超臨界鍋爐過熱器氧化皮脫落導致爆管原因分析及預控［C］∥全國超（超）臨界發(fā)電機組技術交流研討會論文集.廣州：中國電力企業(yè)聯(lián)合會，2011：103-107.

Analysis and Prevention Measures of Leakage Caused by Foreign Body Blockage in Boiler Four Pipes

LI Guanglong1，JIANG Bo2，WANG Jiaxin2，HOU Fanjun2，LIU Hui3
（1.Shandong Liyan Power Co.Ltd.Jining 273517，China；2.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China；3.Huaneng Weihai Power Generation Co.，Ltd.，Weihai 245200，China）

Leakage of heated surface caused by blockage of foreign bodies has become an important factor threatening the safety of thermal power units.The causes of leakage of four pipes caused by foreign bodies were analyzed systematically. Foreign body was divided into infrastructure,maintenance and that produced by itself according to the stage of the formation. The phenomena was described，the case was introduced and the reasons were analyzed for each category,and the corresponding preventive measures were put forward.In general,this series of measures can effectively reduce the leakage of four pipes,which was of great significance to ensure the safe and stable operation of the thermal power unit.

foreign body blocking；leakage；analysis；prevention

TM77

B

1007－9904（2016）09－0059－05

2016-06-16

李廣龍（1974），男，工程師，從事電站金屬監(jiān)督檢驗及金屬部件失效分析等方面的研究工作。