影响锅炉四管泄漏的主要形式及检查经验

影响锅炉“四管”泄漏的主要形式及检查经验-工程论文影响锅炉“四管”泄漏的主要形式及检查经验 李勇LIYong （安徽省大唐淮南市洛河发电厂，淮南232008） （HuainanLuohePowerPlantofDatangAnhuiPowerGenerationCo.，Ltd.，Huainan232008，China） 摘要：锅炉“四管”的状况，直接与发电机组的安全、稳定息息相关。锅炉一旦发生“四管”泄漏，只有采取被迫停运，增加了电厂的临时性检修，给发电厂造成很大的经济损失。锅炉紧急停炉抢修不仅打乱了电厂的正常发电秩序，减少了发电量，而且增加了工人的劳动强度和额外的检修费用，同时也干扰了电网系统的正常调度，造成了巨大的经济损失。本文简述了“四管”泄漏的主要形式，并结合洛河电厂历年来出现的“四管”泄漏现象，提出了锅炉“四管”的检查经验。 Abstract:Theconditionofthe”fourtubes”ofboileriscloselyanddirectlyrelatedtothesecurity,stabilityofgeneratingunit.Ifthe”fourtube”leakageofboilerhappens,thedownwillbeforcedadoptedto.Thatincreasesthetemporaryrepairofpowerplant,andcausesgreateconomiclossesforthepowerplant.Theemergencystopandrepairofboilerfurnaceinterruptsthenormalorderofpowergenerationplants,reducescapacityandincreasesthelaborintensityofworkersandmaintenancecosts.Atthesametime,italsointerferesthenormaloperationofpowergridsystem,causesahugeeconomiclosses.Thispaperbrieflydescribesthemainformof”fourtube”leakage.Combinedwiththe”fourtube”leakagephenomenonovertheyearsinLuohepowerplant,theinspectionexperienceofboiler”fourtubes”areputforward. 关键词：四管；泄漏；原因；检修；经验 Keywords:fourtubes；leakage；cause；recondition；experience 中图分类号：TK223文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）28-0106-04 0引言 锅炉水冷壁、过热器、再热器和省煤器（简称锅炉“四管”），泄漏次数约占全部锅炉设备事故的4060，甚至80。锅炉“四管”是火力发电厂锅炉的重要设备之一，分别承担着加热给水、蒸发给水、加热蒸汽、加热做功蒸汽的重要任务，管道既受热又承压，工作条件极其恶劣。在正常运行中，锅炉“四管”发生泄漏，只有采取被迫停运而进行紧急抢修。严重影响了火力发电厂的正常生产，最直接的经济损失为几十万甚至上百万元。“四管”泄漏不仅威胁机组的稳发、满发，同时也是火力发电厂机组的重大隐患。 随着上游煤碳价格不断地上升，火力发电的成本也在不断上升，为了降低发电成本，火力发电厂也开始搭配掺烧煤泥，这给火电厂的“四管”安全运行提出了更高的要求。洛河发电厂6台锅炉在2008年共发生“四管”泄漏14次，2009年发生8次，2010年发生7次，2011年7次，2012年8次，2013年5次，2014年3次。如图1。 2014年，洛河发电厂#1#6炉发生“四管”泄漏3次，其中#5炉1次，#6炉2次。由于采取了带压堵漏、临时控制等有效措施，#1#6炉全年因“四管”泄漏停炉消缺3次，平均每台机组停炉率仅为0.5次/台。可见，防止锅炉“四管”泄漏，对于提高企业的经济效益、树立企业的形象、增大企业的竞争力，具有十分重大的意义。 1原因分析 引起锅炉“四管”泄漏的原因较多，其中磨损、超温过热、焊接质量、材质缺陷、腐蚀、结垢、管道内部被异物堵塞、吹灰器吹损、砸伤等，都会导致机组在运行中频繁发生四管泄漏问题。根据对2008年至2014年期间锅炉“四管”泄漏的次数及泄漏现象的统计，其原因分析如下： 1.1磨损 1.1.1飞灰磨损 烟气中含有固态灰粒并以一定的流速流过受热面时，灰粒对受热面的每次接触都会削去管壁上微小的金属屑，管壁由于长期磨损而变薄，造成管子强度降低，从而引起泄漏。飞灰磨损受烟气速度、飞灰浓度、飞灰磨损性能及锅炉结构布置的影响，一般来说烟速高、飞灰浓度大、灰粒硬度大、管排错排时磨损较为严重。飞灰磨损在水冷壁、过热器、再热器、省煤器的管壁上都有发生，一般磨损较严重的部位有： 水平烟道两侧、底部、后烟井烟道的后墙部位及边排管与炉墙之间的均流板损坏等均易形成烟气走廊，造成局部烟气速度高，灰分浓度大，特别是在低温受热面中，飞灰颗粒硬化对此处的受热面管排磨损较为严重，是停炉检查的重点部位（图2）。 受热面管子的磨损部位，在管子迎风面处正对气流方向的壁面上，由于受到垂直冲击及斜向冲击时会使管子迎风壁面上出现明显的麻点，并在管子迎风面中心点左右对称的3040度的范围内产生切削磨损（图3）。 错列管排的磨损易发生在第二排管子上，此时灰的浓度较大，流速加快对管壁的磨损较为严重，此后各排磨损减轻（图4）。 顺列管排的最后一、二排管子也发生严重磨损，主要是由于烟气在临近出口处有扩散作用，增强了灰粒对两侧管壁的磨损。该厂#5炉低温再热器外环内侧弯头均产生较为严重的磨损，在2011年05月发生了一次爆管，目前已对低温再热器外环内侧弯头加装了防磨瓦（图5）。 燃烧器安装、检修不良，造成带灰的二次风、周界风由缝隙中喷出冲刷磨损水冷壁，造成水冷壁磨损。我厂#5炉及#6炉在历年来均出现了，火嘴水冷壁斜坡管道发生吹损现象，2011年#5炉#1角燃尽风底层就发生了一次泄漏现象。目前以对#6炉火嘴水冷壁斜坡加装了防磨瓦及对#6炉各层火嘴进行了检查处理（图6）。 1.1.2机械磨损 管道在安装、运行和检修过程中，如果受热面管子未固定牢或管卡受热变形、支吊架松动等情况就会造成管子之间以及管子与其它部件之间发生接触磨擦，由于运行中的管排之间的膨胀、晃动的方向不同，幅度、频率不同，使管子接触的部位发生不同磨损，引起管壁减薄，造成泄漏现象。 机械磨损易发生的部位有： 悬吊管与受热面管排接触造成的机械磨损。 管排固定卡与受热面管排接触造成的机械磨损（图7）。 管排定位管与受热面管排接触造成的机械磨损（图8）。 1.2蒸汽吹损 吹灰器吹损：通过该厂历次大小修防磨、防爆检查结果及相关测厚记录可以看出，吹灰器吹灰不当会造成吹灰器区域的管壁磨损。该厂2008年05月13日#3炉曾因吹灰器在运行中卡涩，使吹灰器枪管在炉膛内长时间未能退出，导致吹灰器汽源只往一处吹刷，造成#3炉低温过热器管子吹损爆破的事故。吹灰器区域管子的磨损主要是吹灰时，灰粒变硬，速度增大及其它等综合原因造成的，因此对吹灰器的正常维护检修尤为重要（图9）。 1.3腐蚀 锅炉“四管”受热面的腐蚀主要是管外腐蚀和水品质不合格引起的管内腐蚀。管外腐蚀又分为高温腐蚀和低温腐蚀，低温腐蚀常发生在预热器及以后的部位，高温腐蚀则常发生在水冷壁、过热器、再热器的高温烟气区域，当腐蚀严重时，可导致腐蚀爆管事故发生。 1.3.1管外腐蚀 燃料中含有Na、K、S等元素，在燃烧过程中形成的氧化物凝结在管壁上，与烟气中的SO3化合生成复合硫酸盐，复合硫酸盐在550580度的温度范围内呈熔融状态粘附在管壁上与Fe发生反应，从而造成炉管的外部腐蚀。同时，煤粉在燃烧时产生的硫化氢、二氧化硫等腐蚀性气体也与管壁金属发生化学反应而产生腐蚀（图10）。 1.3.2管内腐蚀 当炉水品质长期不合格时，炉水中的杂质在受热面内被浓缩，并从炉水中游离出来附着在管内表面，从而引起管内结垢，当管内结垢后，水冷壁内的工质对管壁的冷却能力下降，并使管壁温度上升，金属的强度下降，塑性变形加快，最终导致管壁胀粗、鼓包或破裂。当蒸汽品质长期不合格时，蒸汽携带的盐分会慢慢地沉积在过热器管道内，管内产生结垢后，也会导致工质对管壁的冷却能力下降，使管壁超温而发生事故。同时，管壁内部的结垢还会产生垢下腐蚀，造成金属壁厚下降及降低金属的机械强度。锅炉在长期停运的情况下，若不对管道内部进行防腐处理，管道内部还易发生氧化腐蚀。 1.4过热 受热面在制造、安装和检修过程中，如果出现管内被异物堵塞而造成工质流动不畅会导致受热面的超温。同时，运行中如果出现燃烧控制不当、火焰后移、烟道二次燃烧、管内结垢等情况，也会造成受热面发生过热现象。 由于超临界锅炉高温受热面的氧化皮产生及脱落是不可避免的，对于不锈钢管和其产生的氧化皮来说，由于热膨胀系数的差异，在温度发生变化时，氧化皮就会从金属本体剥离。尤其是温度发生反复或剧烈的变化时，其氧化皮剥落是最快也是最多，如：停炉时冷却，锅炉正常运行中压差较小，蒸汽流带不走氧化皮，就造成氧化皮堵塞造成爆管事件。2011年10月#6号大修期间对末级再热器TP347不锈钢管弯头部位进行检测，检查发现末级再热器TP347不锈钢管弯头部位有多处氧化皮脱落，并部分堵塞管道（图11）。 #6炉末级再热器NO.81环后弯头有占管径80%的氧化皮堆积等。 1.4.1长期过热 长期过热主要发生在过热器管、再热器管上。其爆口粗糙不平整，管径没有明显胀粗，管壁无明显减薄，有众多的平行于破口的轴向裂纹，破口减薄不大，呈钝边，其金相显微组织可见明显球化、蠕变孔洞和蠕变裂纹。其主要原因是由于运行工况异常而造成的长期超温或者管子超寿命状态服役等原因造成（图12）。 1.4.2短期过热 短期过热一般发生在水冷壁管上。其爆口边缘锐利、减薄明显，破口张开很大，呈喇叭状，管子有明显胀粗。其主要原因是锅炉工质流量偏小，炉膛热负荷过高或炉膛局部偏烧、管子堵塞等。短期过热同时也会发生在过热器、再热器管道上（图13）。 1.5焊接质量 管道焊缝的质量是锅炉“四管”泄漏的主要原因之一。受热面是由多个管道焊接组装的，每个受热面上都有多个焊口。而受热面既承受高温又承受高压，焊接缺陷存在于管道金属基体中，使基体被割裂，产生应力集中现象。在介质作用下微裂纹的尖端、未焊透、未熔合、咬边、夹渣、气孔等缺陷处的高应力逐渐使基体开裂并发展成宏观裂纹，最终贯穿受热面管壁导致爆漏事故。焊接质量问题同时也造成焊接部位产生应力集中和接头机械性能下降等，如：焊口的咬边、焊瘤、内凹、未焊透、夹渣、气孔、裂缝等，使焊口部位成为薄弱部位而造成爆管。同时异种钢焊接部位也是易造成爆管的部位，主要因为在焊接接头处因热胀差而发生环向的破裂。因此，焊接质量的好坏对锅炉安全经济运行有着重大的影响（图14）。 1.6管材缺陷 管材质量不好，如重皮、过大的加工沟槽，都会产生较大的应力集中，在高温、高压下工作，会造成管子开裂，直至泄漏。其爆口特征一般纵向开裂，爆口较直，无减薄、胀粗，张口极小，并在裂纹两端可见开裂现象（图15）。 1.7裂纹 裂纹是锅炉受热面中最常见也是危害最大的缺陷之一。它可以发生在锅炉任何受热面上，主要发生在受热面焊口及其热影响区域、管子的弯头和减温器联箱内部等热应力较大及集中的区域。由于金属内部冷热不均使金属内部产生较大的热应力，在受到内部较大的压力或受到外力的影响下，长时间作用的结果就会造成金属内部结构发生破坏而形成裂纹（图16）。 1.8应力集中 应力集中主要是由于受热面结构及机组启停过程中管子发生膨胀不畅造成的应力集中，拉裂管子以及在发生“四管”泄漏后，为了抢时间，而进行快速冷却冷却受热面而产生的应力集中（图17）。 1.9砸伤 由于机组火嘴钝体及管排固定装置损坏等原因，使钝体或管排固定装置脱落，直接砸在水冷壁斜坡上，使水冷壁管道发生变形及有较深的机械砸伤，从而导致水冷壁管发生泄漏现象。洛河发电厂#5、#6炉均出现过水冷壁管被火嘴钝体砸伤而发生爆管的事件（图18）。 2锅炉“四管”常用的检查方法 根据该厂的实际情况在各台机组停炉检修中采取了以下的检查方法。通过这些方法的实施及应用，使该厂“四管”泄漏的现象大幅下降，由2008年的14次降至2014年的3次。 观察法：就是在光线较好的情况下，用肉眼对锅炉受热面进行目测检查。 手摸法：就是检查人员用手摸受热面管子，来判断缺陷。主要用来检查受热面管子的磨损和腐蚀情况，尤其适合检查观察法不易检查的部位。 测量法：就是用测量工具对管子的外径和壁厚进行测量（包括定距卡及游标卡尺测量管子外径和测厚仪）。 照射法：将电筒等聚光灯的光线沿着管子平行照射，保持光线与管子平行，如管子表面有凹坑或鼓包，很容易被检查出来。此方法特别适合检查水冷壁和过热器。 另外还有着色法、超声波法、放大镜法等。 3“四管”检查经验 洛河电厂成立了防磨防爆体系和受热