火电机组锅炉“四管”爆漏的分析及预防

火电机组锅炉“四管”爆漏的分析及预防

刘同干

（国电泰州发电有限公司江苏泰州225327）

摘要：作为火电机机组锅炉承压部件主要组成部分的“四管”，在运行当中由于运行工况、生产或安装质量、检修工艺或母材缺陷等诸多原因，易发生爆漏，造成机组停用，给电力生产企业带来很大的经济损失。本文针对“四管”的特性，对爆漏发生的原因和机理进行了分析，并提出了相应的预防措施，为火电机组锅炉的安全稳定运行提供了一定的参考。

关键词：“四管爆漏”；原因机理；案例分析；防范措施

0前言

火电机组锅炉的过热器、省煤器、水冷壁、再热器管(简称“四管”)爆漏，是影响火电机组安全、经济运行的主要因素之一。随机组参数的提高和新机组投运的增加，这类事故还有上升的趋势。根据数据统计，锅炉“四管”爆漏没有显著的分布规律，与锅炉的容量、类型以及“四管”材质无明显必然联系，故锅炉“四管”爆漏的分析及预防是一项复杂的工作。

1锅炉“四管”爆漏的机理分析

1.1水冷壁管的主要失效机理

（1）服役条件：高压、中温、腐蚀性的环境及附件约束产生的附加应力；

（2）管子的损伤：火焰冲刷、水侧沉积物的聚积、内外壁的腐蚀（氢损伤、点腐蚀、应力腐蚀）、飞灰磨蚀、腐蚀疲劳；

（3）锅炉结构导致的损伤；

（4）主要失效机理

1）氢损伤

锅炉给水中PH值偏低特别易引起氢损伤。炉管表面产生酸性腐蚀，杂质在水冷壁管的高温区沉积，并形成盐垢，导致此处壁温升高，炉水在沉积物母体蒸发，使非挥发成分变浓，腐蚀通常发生在比较致密的沉积物下，垢下产生如下发应：

3Fe+4H2O—Fe3O4+4H2

所产生的氢不能很快地被汽水带走，则氢原于进入钢材表层，与钢中晶界碳化物发生如下反应：

Fe3C+2H2=3Fe+CH4

由于生成甲烷，在晶界产生很大应力使晶界开裂，裂纹旁明显脱碳，破口呈窗口状，管子没有明显胀粗和腐蚀减薄现象，为脆性破裂，也称为氢脆腐蚀。

2）应力腐蚀

应力腐蚀为在腐蚀环境下应力诱发的裂纹，这种应力主要是静态拉应力或残余应力，裂纹为沿晶或穿晶，断口处有腐蚀介质或腐蚀产物。

3）腐蚀疲劳

由于烟气中的飞灰沉积在管子的表面,飞灰中的硫及碱性物在一定条件下形成复合硫酸盐，这种硫酸盐在温度高于700℃时发生分解而造成管子外壁的高温腐蚀。管壁表面频繁的温度交替变化导致热应力的交替变化,产生腐蚀疲劳损伤。

4）温度变化的原因

燃烧中心的偏移，火焰冲刷水冷壁，在火焰冲刷区形成频繁的温度变化，导致管子的热疲劳开裂。

1.2高温过热器、再热器管的主要失效机理

（1）服役条件：高温、腐蚀性环境;过热器管压力高，再热器管压力低;附件约束产生的附加应力。

（2）管子的损伤：高温蠕变失效、短时超温、长期过热、内壁氧化层导致的过热、腐蚀及腐蚀疲劳和飞灰磨蚀。

（3）奥氏体不锈钢管内壁氧化层剥落堵塞管子下弯头引起过热，导致管子的早期失效。

（4）结构导致的早期损坏。

（5）主要失效机理

1）高温蠕变引起的材料损伤：组织老化，性能劣化。

2）短时超温、长期过热

3）腐蚀及腐蚀疲劳

4）飞灰磨蚀

5）奥氏体不锈钢管的失效：

a)内壁氧化层剥落堵塞管子下弯头引起过热

b)奥氏体不锈钢管的应力腐蚀开裂

1.3低温过热器、低温再热器和省煤器的主要失效机理

飞灰、落渣、吹灰器、煤粉颗粒的侵蚀：主要是由于烟气流中携带的飞灰颗粒或吹灰气流冲刷受热面使其壁厚减薄，常发生在具有局部高速烟气流动及灰浓度高的部位。在省煤煤器入口，烟气温度一般巳降低到500℃以下，灰粒已变硬，因此，省煤器管磨损爆漏最多。

2“四管”爆漏实现的典型失效案例

2.1某电厂1000MW机组二再进口集箱出口管与集箱短接管焊缝裂纹泄露、水冷壁“Y”型三通泄露、一过悬吊管爆漏

（1）爆管部位材料：

1）二再进口管：规格为Φ60.3mm×3.8mm，材料为12Cr1MoVG；

2）悬吊管：爆管部位为异种钢焊口，焊口上的管道材料12Cr1MoVGΦ51mm×13mm；焊口下的200mm长的管道材料为T91，规格为Φ51mm×13mm；

3）水冷壁Y型三通：材料为12Cr1MoVG，规格为Φ44mm×8mm。

（2）原因分析

1)悬吊管泄漏：初步分析原因是基建过程中存在强制对口现象，另外热态时集箱膨胀、锅炉厂设计此根管的膨胀方向等原因导致热态时受的应力较大，导致焊缝根部断裂；

2）水冷壁及悬吊管：分析为悬吊管异种钢焊口存在焊接缺陷或者焊缝附近母材存在裂纹，运行中裂纹泄漏直接面对第60只Y型三通，导致第60只三通吹损泄漏，并由第60只三通泄漏吹损旁边的三通以及第29根悬吊管，导致第29根悬吊管吹损减薄后发生弯曲变形，向后移动出列，吹损旁边的第28、30根悬吊管，并将附近的其他悬吊管吹损减薄。

（3）防范措施

该电厂利用计划性检修对二再进口集箱进口管进行100%射线探伤，发现存在3只焊口存在裂纹，3只焊口存在焊接缺陷，后全部进行换管处理；对一过悬吊管异种钢焊口进行100%射线探伤，未发现异常，故推断一过悬吊管爆漏为个案。

2.2某电厂330MW锅炉炉顶大包内高温过热器出口管爆管

（1）爆管部位材料：规格为Φ45mmx7.5mm，材料为12Cr1MoV；

（2）原因分析:初步分析为此区域是高温过热器炉内高温区,烟气温度高相应的蒸汽温度也高,导致弯头管材料性能下降,造成了爆管。

（3）防范措施

该电厂利用计划性检修对该处管排进行更换，材料更换为T91，共98排，392根；运行当中对该部位管排壁温加强监视，防止超温。

2.3某电厂330MW锅炉6.5m渣斗处后墙与侧墙交接处水冷壁焊缝拉裂泄露及对应上方25m标高处水冷壁爆管

（1）爆管部位材料：材质未20G,规格为Φ45x6mm；

（2）原因分析：泄漏原因为水冷壁后墙下部弯头与乙侧墙交界处水冷壁拼缝由于长期交变应力拉裂泄漏，泄漏管吹破后（不止一个泄漏点）造成上部管（与后墙交界处乙侧墙向前第4根）冷却不够而爆管，泄漏管造成了相邻管的吹损。

（3）防范措施：6.5m水冷壁抢修换管后侧墙和后墙拼缝未进行焊接，并割除其它三个角的密封，采用密封盒灌浇注料进行密封，防止了再次拉裂的发生。

3预防和减少“四管”爆漏的措施

3.1改进设备的设计和结构

（1）进一步完善热力计算标准，提高对各受热面管计算的准确性；

（2）对大型锅炉应研究装配能监测炉膛出烟气温度和受热面漏泄的超前报警装置，以防爆管事故扩大;

（3）改进过热器、再热器系统的结构布置，避免热力偏差与水力偏差的叠加，防止局部管段超温。

3.2重视新机组的制造、安装质量

（1）重视新机组在制造过程中的质量监督

（2）在锅炉安装过程中，要特别注意大、小管之间的角焊缝，异径管之间的对接焊缝、管段与铸锻件之间的焊缝和异种钢之间焊缝的质量

（3）在机组安装过程及完成后，应认真执行分部验收和整体验收

3.3锅炉检修期间对四管的检查

（1）管子的外观检查及重点检查的部位

（2）割管检查

（3）焊缝的无损检测

（4）检查联箱膨胀指示是否正常等

（5）检查冷凝器管及管板是否破损泄漏

3.4加强机组的运行监督和管理

（1）加强对燃煤的管理及燃烧调整工作，防止在锅炉启动、运行及调节负荷时燃烧工况的恶化、烟气偏斜、热负荷偏差和受热面管子超温。

（2）严格执行运行操作规程，防止在锅炉启停过程中过快的温升、温降速率，运行中锅炉干烧。

（3）做好“四管”爆破的事故分析及事故统计工作，总结各类管子爆漏事故的经验教训，制订出预防“四管”爆破的措施。

4结束语

火电机组锅炉“四管”失效爆漏的分析及预防是一项复杂的工作，但实践证明，通过对历次发生的失效爆漏事故的分析和防范措施的制定实施，通过检修部门进一步提高检修质量和运行部门对工况的优化调整，可以有效的降低锅炉“四管”爆漏的发生。减少了因为“四管”爆漏造成的机组非停，节约了人力物力，保障了机组的稳定运行。

刘同干（1981.8-），男，江苏镇江人，河海大学热能与动力工程，单位：国电泰州发电有限公司，研究方向：火力发电厂设备检修