火電廠鍋爐“四管”泄漏的成因和防治措施

國家能源集團(tuán)山西神頭第二發(fā)電廠有限公司 李 力

1 火電廠鍋爐四管泄漏的成因

1.1 受熱面溫度過高

“四管”具體指再熱器、過熱器、省煤器、水冷壁。在生產(chǎn)運(yùn)行中，長(zhǎng)時(shí)間溫度過高是造成再熱器爆裂的主要原因。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的超高溫度加熱再熱器時(shí)，將導(dǎo)致再熱器發(fā)生高溫蠕變現(xiàn)象，且其變化會(huì)隨著溫度的持續(xù)升高而加劇，最終導(dǎo)致再熱器出現(xiàn)爆口。爆口附近表現(xiàn)為開口度不大但有眾多平行的軸向裂紋。隨著高溫的持續(xù)加劇會(huì)使爆口處發(fā)生高溫氧化，進(jìn)而出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象，同時(shí)伴有氧化皮附著在表面。此外短期超高溫度也會(huì)造成一定程度的再熱器爆裂現(xiàn)象，尤其是在反復(fù)的超高溫度作用下再熱器管壁會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力疲勞現(xiàn)象，引發(fā)再熱器管壁出現(xiàn)口徑較大且撕裂狀的爆口，爆口邊緣光滑且質(zhì)薄，同時(shí)爆口附近的管子表現(xiàn)出一定加粗且外壁呈藍(lán)黑色現(xiàn)象。

1.2 氧化皮的產(chǎn)生及脫落

過熱器處發(fā)生爆裂現(xiàn)象也較為常見，在大型火電廠中鍋爐的主蒸汽溫度?？沙^570℃，會(huì)使過熱器受熱面內(nèi)部流動(dòng)工質(zhì)中氧的成分變高，加速了氧化皮的生成。其溫度變化速度越快則氧化皮形成的速度也越快，并出現(xiàn)快速脫落現(xiàn)象。這些脫落的金屬氧化皮將會(huì)在過熱器受熱面管道的U型彎處發(fā)生聚集，從而減小了過熱器的流通口徑，如此循環(huán)往復(fù)將導(dǎo)致其出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。

1.3 受熱面出現(xiàn)磨損

在眾多“四管”爆裂的原因中，因受熱面磨損而發(fā)生爆裂最為常見。磨損原因可分為四類：

鍋爐內(nèi)煙氣和飛灰沖刷管道造成磨損。當(dāng)鍋爐管處于高溫作用下，煙氣通過鍋爐管時(shí)，會(huì)使鍋爐管排內(nèi)的各種顆粒加速運(yùn)動(dòng)并對(duì)鍋爐管造成一定沖擊，導(dǎo)致被沖擊部位變薄，長(zhǎng)此以往鍋爐管出現(xiàn)爆裂；焦塊及結(jié)渣的形成也會(huì)造成受熱面出現(xiàn)磨損。為避免灰粒對(duì)管道的沖擊、提高鍋爐的使用效率，可對(duì)管道定期進(jìn)行吹灰，但在吹灰器運(yùn)用不當(dāng)?shù)那闆r下，將造成受熱面磨損或結(jié)焦情況的出現(xiàn)，導(dǎo)致鍋爐管爆裂。

吹灰器故障。在使用吹灰器的過程中，若其出現(xiàn)故障導(dǎo)致其長(zhǎng)時(shí)間對(duì)某處吹灰，將會(huì)導(dǎo)致該處受熱面磨損。同時(shí)吹灰器若疏水不充分也將導(dǎo)致被吹灰處含有大量的水蒸氣，進(jìn)而使受熱面出現(xiàn)應(yīng)力疲勞現(xiàn)象，最終導(dǎo)致爆管現(xiàn)象發(fā)生；燃燒器的對(duì)沖及卷煙會(huì)使受熱面出現(xiàn)磨損。對(duì)于燃燒器對(duì)沖布置的鍋爐，若鍋爐中存在配風(fēng)不合理現(xiàn)象，則易使燃燒器周圍水冷壁出現(xiàn)磨損或超溫腐蝕現(xiàn)象。當(dāng)燃燒器兩側(cè)的風(fēng)壓不同時(shí)，對(duì)沖的煤粉混合物將會(huì)沖擊壓力較低的一側(cè)，進(jìn)而沖刷該側(cè)的水冷壁并在其附近燃燒。當(dāng)風(fēng)壓變低，對(duì)沖后的高溫?zé)煔鈱?huì)形成一個(gè)高溫卷吸區(qū)圍繞在燃燒器附近，導(dǎo)致其附近的水冷壁因高溫腐蝕而出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象。

1.4 化學(xué)腐蝕及結(jié)構(gòu)應(yīng)力

化學(xué)腐蝕根據(jù)其受熱面的位置不同可分為外腐蝕和內(nèi)腐蝕兩種。外腐蝕通常是靠近爐膛側(cè)由于一些諸如鐵硫化物、硫化物等化學(xué)物質(zhì)附著在其表面，在高溫的作用下會(huì)使金屬表面發(fā)生凹凸不平的現(xiàn)象，最終由于受熱不均勻而發(fā)生爆裂；內(nèi)腐蝕是由于受熱面內(nèi)部流動(dòng)的物質(zhì)不符合標(biāo)準(zhǔn)，存在著水中氧含量不足及pH值數(shù)值不對(duì)的情況，使得受熱面內(nèi)壁出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，進(jìn)而其內(nèi)壁出現(xiàn)薄厚不均的情況、出現(xiàn)爆裂。此外，鍋爐“四管”會(huì)在運(yùn)行和啟停過程中反復(fù)受到拉縮應(yīng)力作用，其作用力若超過其最大承載能力，則會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的脆性斷裂現(xiàn)象。導(dǎo)致其產(chǎn)生的原因有很多，如受熱面處的氣溫、煙溫在運(yùn)行的過程中會(huì)出現(xiàn)大幅度增降現(xiàn)象，風(fēng)煙控制不合理也將使管道受熱面發(fā)生明顯的振動(dòng)。

2 火電廠鍋爐四管泄漏的防治措施

2.1 控制溫度

超高溫度是鍋爐四管發(fā)現(xiàn)爆裂現(xiàn)象的重要原因之一，要有效防止鍋爐發(fā)生四管爆裂控制受熱面溫度是關(guān)鍵，可從兩方面入手：通過運(yùn)行人員在機(jī)組啟動(dòng)過程中進(jìn)行控制。在鍋爐進(jìn)行干濕態(tài)轉(zhuǎn)換的過程中，運(yùn)行人員需及時(shí)對(duì)鍋爐燃燒情況及控制給水流量情況進(jìn)行調(diào)整，降低鍋爐在此過程中干濕態(tài)間變換的頻率。同時(shí)需把控好燃料的水煤比例，水煤比例的不同燃燒產(chǎn)生的熱度也不同。另外要控制好鍋爐在運(yùn)行中的升溫升壓速度，降低各受熱面的溫度差，防止鍋爐出現(xiàn)局部過熱的情況。最后要密切關(guān)注燃料的燃燒過程及給水情況，防止此類工作疏忽造成受熱面超溫。

從鍋爐維護(hù)人員的控制過程入手，在滿足燃料正常燃燒、各控制系統(tǒng)都穩(wěn)步運(yùn)行的情況下，需對(duì)風(fēng)煙系統(tǒng)的關(guān)鍵測(cè)量進(jìn)行檢測(cè)和校驗(yàn)、對(duì)氧量及總風(fēng)量等關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)消缺和優(yōu)化，使其測(cè)量的數(shù)據(jù)能有效反映燃燒過程實(shí)際情況。此外還需對(duì)鍋爐管壁進(jìn)行定時(shí)排查，及時(shí)監(jiān)控超溫現(xiàn)象，同時(shí)保證管壁受熱面的溫度測(cè)點(diǎn)布置合理，以提高運(yùn)行人員的工作效率。需力求優(yōu)化整個(gè)機(jī)組各輔機(jī)的調(diào)節(jié)性能及自動(dòng)投入率，防止由于人為因素造成數(shù)據(jù)波動(dòng)及停機(jī)。

2.2 控制氧化皮的產(chǎn)生

氧化皮的產(chǎn)生是不可避免的，想要有效避免氧化皮對(duì)鍋爐爆管的影響，在機(jī)組運(yùn)行中需做到減緩氧化皮的生成，同時(shí)控制其剝落。在檢修維護(hù)時(shí)需做到加強(qiáng)檢查力度，并對(duì)機(jī)組運(yùn)行過程中產(chǎn)生的氧化皮及時(shí)清理。具體來說，減緩氧化皮的生成，需做到在機(jī)組啟動(dòng)停運(yùn)及處理事故的過程中嚴(yán)格控制氣溫、氣壓的升降速率，并控制好沖洗水的品質(zhì)。若發(fā)現(xiàn)氧化皮產(chǎn)生較多，則需利用旁路系統(tǒng)對(duì)再熱器、過熱器受熱面進(jìn)行清洗，保證蒸汽段不產(chǎn)生氧化皮。另外在進(jìn)行鍋爐燃燒調(diào)整時(shí)，尤其是在調(diào)峰及事故處理的過程中，需控制好氣溫、氣壓的變化情況，防止其出現(xiàn)蒸汽參數(shù)反復(fù)變動(dòng)情況。

在維修方面，需及時(shí)清理及換管。通常對(duì)于停運(yùn)三天及以上的鍋爐，需對(duì)其管道進(jìn)行針對(duì)性的檢查，對(duì)于過熱器U型彎頭及易出現(xiàn)超溫的管道進(jìn)行重點(diǎn)檢查?？赏ㄟ^對(duì)其管道進(jìn)行拍片處理，以觀察管道內(nèi)部氧化皮的堆積情況。還可對(duì)其進(jìn)行測(cè)量以檢查其厚度，同時(shí)利用內(nèi)窺鏡來觀察管道內(nèi)部氧化皮的脫落情況。做好及時(shí)的清理工作，針對(duì)情況嚴(yán)重的管道進(jìn)行換管處理。

2.3 控制受熱面磨損程度

控制受熱面的磨損程度需依靠控制磨煤機(jī)磨煤細(xì)度實(shí)現(xiàn)。對(duì)于磨煤機(jī)的運(yùn)行情況要嚴(yán)格把控好，防止?fàn)t膛內(nèi)部火焰中心上移。同時(shí)要合理設(shè)置吹灰器的蒸汽參數(shù)，使得吹灰區(qū)域能對(duì)結(jié)焦部位進(jìn)行全覆蓋，并依據(jù)實(shí)際結(jié)焦程度設(shè)置吹灰器個(gè)數(shù)。在鍋爐的運(yùn)行過程中，需保證鍋爐吹灰系統(tǒng)能有效清除受熱面結(jié)焦，以降低對(duì)鍋爐管的腐蝕度。

2.4 控制化學(xué)腐蝕及結(jié)構(gòu)應(yīng)力

對(duì)內(nèi)腐蝕的控制主要體現(xiàn)在對(duì)水中氧含量及pH值數(shù)值的控制，尤其是在鍋爐啟動(dòng)時(shí)要嚴(yán)格對(duì)鍋爐進(jìn)行冷、熱態(tài)沖洗。在運(yùn)行過程中需對(duì)水、蒸汽的品質(zhì)定時(shí)檢測(cè)，防止不符合要求的水及蒸汽對(duì)受熱面造成腐蝕。機(jī)組停運(yùn)后需及時(shí)對(duì)鍋爐進(jìn)行保養(yǎng)工作。控制外腐蝕主要是通過采用與鍋爐煤種相近的燃煤，減少不良硫化物的產(chǎn)生，從而進(jìn)一步控制其對(duì)受熱面造成腐蝕。

對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力的防控主要體現(xiàn)在鍋爐運(yùn)行過程中，需避免相關(guān)參數(shù)出現(xiàn)大幅變化及風(fēng)煙對(duì)受熱面造成機(jī)械振動(dòng)；在運(yùn)行中盡量減少不同受熱面間的熱度差，使受熱面溫度趨于均勻。通過對(duì)吹灰蒸汽參數(shù)的調(diào)整，使其對(duì)受熱面的沖擊程度變低，都可有效降低應(yīng)力對(duì)受熱面的破壞程度。鍋爐停運(yùn)后需對(duì)鍋爐受熱面進(jìn)行檢查，對(duì)于由于集中應(yīng)力作用而出現(xiàn)疲勞的部分進(jìn)行維修，以保證后續(xù)鍋爐能夠正常運(yùn)行。

3 對(duì)火電廠鍋爐四管的有效管理

完善工作制度和標(biāo)準(zhǔn)?；痣姀S管理和技術(shù)在一定程度上得到發(fā)展，但在發(fā)展的過程中也出現(xiàn)一些問題，相關(guān)的制度體系沒有建立健全，如在電廠“四管”防磨防爆方面沒有建立完善的處理機(jī)制，導(dǎo)致在發(fā)生“四管”爆裂事故時(shí)相關(guān)工作人員不能有效地開展防爆救援工作，造成火電廠出現(xiàn)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。鑒于此種情況，每個(gè)火電廠需結(jié)合各自的生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)際情況，制訂出符合自身發(fā)展且完善的工作制度和生產(chǎn)規(guī)程。尤其注重“四管”防磨防爆制度的建立，并讓日常工作體系化開展，為運(yùn)行和維護(hù)人員能更好開展工作提供有效地保障。

搭建專業(yè)團(tuán)隊(duì)。鍋爐四管爆裂發(fā)生的原因涉及方方面面，其內(nèi)容包括金屬材料、化學(xué)反應(yīng)、熱力工程等多個(gè)專業(yè)的知識(shí)；其運(yùn)行過程中涉及設(shè)計(jì)、組裝、維護(hù)保養(yǎng)、調(diào)試運(yùn)行等多個(gè)業(yè)務(wù)單位?；谶@種情況，使得“四管”的防磨防爆工作具有較強(qiáng)的專業(yè)性。為了能夠更好地防止“四管”出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象，搭建一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富、實(shí)力超強(qiáng)的工作小組尤為關(guān)鍵。通過小組的建立，制定出一套針對(duì)本廠“四管”防磨防爆方面的制度范本，相關(guān)工作人員在日常工作中嚴(yán)格依據(jù)此范本開展工作，能夠使“四管”防磨防爆方面的專業(yè)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)得到傳承。

建立和健全設(shè)備的技術(shù)檔案。同一型號(hào)的兩臺(tái)鍋爐設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題也不盡相同，因此針對(duì)不同鍋爐建立一套完整的“四管”泄漏專項(xiàng)檔案，有利于對(duì)其實(shí)行泄漏分析。鍋爐在運(yùn)行中，需要對(duì)每次出現(xiàn)的問題進(jìn)行詳細(xì)地記錄。記錄的方式具體可分為對(duì)出現(xiàn)泄漏的位置拍攝圖片、測(cè)量其爆口尺寸，及對(duì)爆口金相進(jìn)行分析等。針對(duì)“四管”出現(xiàn)泄漏的情況，還要對(duì)爆口產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析并提出相應(yīng)防范措施，并將以上所有分析結(jié)果全部記錄下來。對(duì)于尚無法找出爆管原因的事故，需記錄下來其發(fā)生經(jīng)過及裂口形狀，并在日后的工作中持續(xù)追蹤，直至找到原因。

發(fā)揮主動(dòng)性，不斷創(chuàng)新工作方式。雖然相關(guān)工作人員在積極防止鍋爐“四管”發(fā)生爆裂，也為此做了很多努力，但在鍋爐“四管”防磨防爆工作中依然存在著巨大的困難，讓相關(guān)工作人員不時(shí)喪失信心。為了突破以上困境，需要相關(guān)工作人員積極發(fā)揮自己的工作主動(dòng)性、不斷創(chuàng)新工作方式，向在這些方面做得比較好的電廠學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，并將學(xué)到的東西結(jié)合自身實(shí)際情況加以融合和轉(zhuǎn)化，形成符合自身電廠的一套“四管”防爆裂機(jī)制，以此運(yùn)用到防磨防爆工作中。