鍋爐受熱面泄漏原因分析與防范措施

2023年12月13日發(作者：培養專注力)

鍋爐受熱面泄漏原因分析與防范措施

摘要：火電廠鍋爐受熱面泄漏是造成發電機組非計劃停運的重要原因，是長期困擾火電廠安全生產的一大難題，本文主要分析了水冷壁、省煤器、過熱器和再熱器泄漏問題的原因，并對常見的、泄漏問題提出了相應的措施。

關鍵詞：四管泄漏 原因 調整 防范措施

0.引言

所謂鍋爐“四管”是指鍋爐水冷壁、過熱器、再熱器和省煤器。鍋爐四管泄漏漏事故占鍋爐機組非計劃停運次數的70

%以上。近幾年鍋爐承壓部件泄漏事故的發生又呈現出上升的態勢。

1.爆管原因

鍋爐受熱面是鍋爐的主要傳熱元件，由于鍋爐四管處于非常特殊的運行環境中，承受高溫、高壓、腐蝕以及應力等多種影響，工作條件十分惡劣。仔細分析爆漏的原因，其中有煙氣流通部位設計、爐管腐蝕、焊口質量問題、長期運行過熱磨損、運行操作控制不當導致爐管熱疲勞等主要原因。

1.1設備本身原因

1.1.1過熱損壞

過熱總是與泄漏現象緊密相連的。過熱可分為長期過熱和短期過熱兩種。長期過熱是一個緩慢的過程，由于蠕變變形而使管子爆破；而短期過熱則往往是一個突發的過程。由于爆破過程不同，短期過熱與長期過熱在爆口的變形量、爆口形狀以及爆口組織變化上都有所不

同。短時過熱爆管多數發生在中高壓鍋爐的水冷壁管，有時鍋爐運行不正常時，屏式過熱器也會發生短期過熱爆管。

1.1.2飛灰磨損

飛灰磨損主要發生在省煤器及對流過熱器的彎頭處。影響磨損的因素很多，其關系式為：

T=Cημτω3

式中：T為管壁表面單位面積的磨損量，g/m2；C為考慮飛灰磨損性的系數，與飛灰性質及管束結構特性有關；η為飛灰撞擊管壁的幾率；ω為煙速，m/s；μ為煙氣中的飛灰濃度，g/m3；τ為時間，h。

由上式可知，飛灰速度的影響是很大的，所以控制煙氣流速可以有效地減輕磨損，但考慮煙氣流速過低會使對流放熱系數降低。以致增加了需要的受熱面，不經濟；同時煙速過低還會引起積灰與堵灰，故煙速一般控制在8-10 m/s。

1.1.3煙氣側的高溫腐蝕

在爐膛煙氣區域，易熔化合物會在管子表面發生凝結，產生積灰。高溫積灰所生成的內灰層中含有較多的堿金屬.熔化或半熔化狀態的堿金屬即硫酸鹽復合物，對過熱器和再熱器管子會產生強烈的腐蝕。這種腐蝕大約在540-620℃時發生，溫度越高腐蝕速度就越快。復合硫酸鹽主要是燃料中的堿性氧化物Na20和K20與煙氣中的SO3、Fe2O3，化合形成的。它在550-710℃溫度范圍內呈液態，液態的復合硫酸鹽對管壁有強烈的腐蝕作用，尤其在650～710℃腐蝕最強烈。這種腐蝕大多數發生在高溫級過熱器和再熱器的出口管段，集中在管子迎風面并與氣流方向成30°～100°夾角的部位。實質上是Fe的氧化過程。

1.1.4堿腐蝕

堿腐蝕是通過強堿的化學作用，使管內壁面的Fe304.保護膜遭到破壞，而后使金屬基體遭到進一步氧化的一種化學腐蝕。對于苛性鈉(NaOH)，它通過如下反應：

4NaOH+Fe3O4-->2NaFeO2+Na2FeO2+2H20

使Fe304保護膜遭到破壞，露出的鐵直接與NaOH發生化學反應.使金屬表面不斷腐蝕。堿腐蝕與水處理方法關系很大，氫氧化鈉處理法是添加NaOH將pH值保持在10-11范圍內。并用磷酸三鈉來除去硬度的方法。該方法的缺點是固體物質較多，它們附著于管內表面造成堿濃縮，產生堿腐蝕的危險很大。堿腐蝕一般發生在水冷壁的高溫區，或者由于結垢和局部阻礙物造成的局部過熱區。

1.2人為原因

1.2.1焊接問題

新機組在制造、安裝中遺留有較多的焊接質量不良缺陷以及錯用鋼材和管內留有異物等，以致在運行初期即引起大量的“四管”爆漏事故。

（1）制造、安裝受熱面管子時，焊縫缺陷在高溫運行中會發生擴展，引起損壞，造成泄漏。其中，裂紋的危害最大，它降低了焊接接頭的強度，并在裂紋端部造成應力集中，導致受熱面管子在運行中破壞。

（2）錯用鋼材，對于被錯用的低等級鋼材來說，實際上是一種強制性超溫運行。

（3）新建機組或大面積更換受熱面管排時，不慎遺留或落人異物造成管系介質流通不暢，引起局部過熱爆管。

1.2.2設計結構不合理

(1)部件設計結構不當，如水冷壁管定位筋板、過熱器和再熱器管排定位卡結構不合理，高溫下相對膨脹不暢或相互碰磨。

（2)過熱器和再熱器系統布置不夠合理，對流過熱器和再熱器的下彎頭未裝防磨護板，直接受到爐膛出口煙氣的高溫沖刷而超溫爆管。

（3）過熱器和再熱器的調溫手段欠佳。擺動噴燃器運行中擺不動；過、再熱器的煙氣調溫擋板開關不靈活、調節滯后。

（4）爐膛的熱力計算不夠準確，爐內空氣動力場分布不盡合理或實際煤種與設計燃煤差異太大，爐膛出口煙溫過高或磨損過大。

(5) 省煤器和過熱器彎頭設計布置未充分考慮燃料灰分的磨損。

1.2.3運行控制不當

（1)在啟動、調負荷和燃料質量變化后，調整不當，引起瞬間超溫。

（2)吹灰器使用不當，引起受熱面被磨損。 （3)給水品質不合格，凝汽器泄漏水質被污染，化學化驗工作未及時認真進行。

(4)停用鍋爐保養不良，引起銹蝕。

(5)運行人員素質不高，熱控監測手段不完善，發生誤判斷、誤操作。

2.

改進措施

四管爆漏事故多，不僅對機組的穩定運行構成了嚴重威脅，影響發電指標的完成使經濟效益降低，而且還直接影響到電網的正常調度。因此，必須給予足夠的重視。

2.1抓好新機組在制造、安裝過程中的質量工作

(1)在制造及安裝中，鍋爐承壓部件所使用的管材必須符合國家標準和部頒標準。而且在安裝及更換時，必須驗證鋼號，防止錯用。

（2）加強焊接管理，嚴把焊接質量關。認真制定焊接工藝，焊接操作時嚴格按工藝進行。所有焊口都要進行100%的無損探傷，不合格焊口必須返工。

（3）改進過熱器、再熱器系統的結構布置，避免熱力偏差和水力偏差的疊加，防止局部管段超溫。采用內螺紋管或加裝擾流子，防止傳熱惡化。

（4）改進調溫手段。從設計結構上保證在運行中能正常擺動調溫火嘴：主蒸汽用噴水調溫時，一般不少于兩級，減溫器聯箱與內襯套管之間應固定牢固并允許有相對不同的膨量。 （5）機組大修后堅持按高標準進行鍋爐熱力試驗，空氣動力場分布試驗，磨煤機特性試驗，一、二次風標定試驗，合理組織爐內燃燒工況。

2.2防治結合，做好四管的檢查維修工作

(1)應按“檢修規程”、“金屬監督規程”等規定，認真執行對設備的預防性檢修和檢查試驗工作。

（2）充分利用各種檢修機會，堅持逢停必查，有計劃有重點地對煙氣流速高、過熱器、再熱器管高溫區彎頭、管卡、省煤器彎頭管排、聯箱內部、噴燃器附近、吹灰器附近、冷灰斗處等部位采取查、摸、測等辦法，全面開展四管防爆的預防性檢查。

3.強化運行管理，確保鍋爐正常運行

為了防止鍋爐受熱面泄漏和爆破事故的頻繁發生，在生產運行方面應做好如下工作：

(1)嚴格控制鍋爐參數和各受熱面壁溫在允許范圍內，防止超溫、超壓、滿水、缺水等事故的發生。鍋爐啟停階段及變工況運行時嚴格控制參數，防止發生參數大幅度變化及管壁發生超溫現象。

（2) 嚴把化學技術監督關，保證良好的汽水品質。按鍋爐停用時間長短采取不同的停爐保養措施。

(3) 加強燃燒調整，防止發生火焰偏斜、貼壁、沖刷受熱面等不良情況。合理控制風量和風量的分配，避免風量過大或缺氧燃燒。

(4) 鍋爐的結渣應及時進行吹灰和清除，防止形成大渣塊后落下砸壞冷灰斗水冷壁管。 （5）加強吹灰管理，制定合理的吹灰程序，參數和吹灰周期，避免發生由于操作不當或吹灰設備存在缺陷而造成的受熱面吹損。

防止鍋爐四管泄漏和爆破是一項長期而艱巨的工作。隨著鍋爐運行時間增加，設備不斷老化，工作難度更大。必須不斷分析新情況，堅持以科技進步為目標，技術監督為手段，持之以恒地綜合防治，才能持續奏效。

參考文獻：

[1]范從振.鍋爐原理[M]北京：中國電力出版社.2000.

[2]姜錫倫.鍋爐設備及運行[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3]吳非文.火力發電廠高溫金屬運行[M].北京：水利電力出版社，1979.

[4]湖南省電機工程學會.火力發電廠鍋爐受熱面失效分析與防護[M].北京：中國電力出版欄，2004.