浅谈锅炉四管泄漏和防磨防爆

1、浅谈锅炉四管泄漏和防磨防爆山东华能日照发电厂（276826） 范秀方【摘 要】通过回顾华能日照电厂一期锅炉四管泄漏的原因和类型，分析锅炉四管现阶段存在的问题，探讨防磨防爆下一步工作的侧重点，以达到最大限度地减少“四管”泄漏次数，提高锅炉运行的安全性和经济性的目的。【关键词】 锅炉四管 泄漏回顾 现状分析 防磨防爆探讨华能日照电厂一期2×350MW机组两台锅炉系西班牙FOSTER WHEELER公司制造，型号为FWESA1189.36/17.14-1型，为亚临界、一次中间再热、自然循环汽包锅炉。锅炉采用平衡通风、直吹式制粉系统、悬浮燃烧方式。锅炉结构为单炉膛型无中间走廊全露天悬吊布置，

2、锅炉水冷壁和尾部包覆过热器均采用膜式结构，水冷壁管在燃烧器区域采用内螺纹管。锅炉尾部竖井烟道由中隔墙将烟道分为前、后两平行通（烟）道。炉前烟道布置初级过热器和上部省煤器，炉后烟道布置整个再热器，在中隔墙下面安装有烟气调节挡板，用以调节通过前、后烟道的烟气流量，挡板下面为下部省煤器。16只燃烧器分四层布置在前墙，四台磨煤机三运一备，采用蒸汽吹灰。1 锅炉四管泄漏回顾日照电厂1号机组于1999年9月15日投产，2号机组于2000年1月13日投产，至2006年12月已发生爆管泄漏27次，其中1号炉18次，2号炉9次。从设备上分，一级过热器（包括顶棚、中隔墙、侧包、后包）7次，高温过热器3次，低温过热

3、器4次，水冷壁8次，再热器4次，省煤器1次。从泄漏原因上分，鳍片焊缝咬边或烧穿等原始焊接工艺造成泄漏8次，结构不良造成泄漏5次，弯管制造工艺不良造成泄漏6次，长期超温造成泄漏2次，吹灰蒸汽吹损3次，风口带灰吹损2次，氧化皮脱落堵塞1次。弯管是使用各种各样的热态或冷态定型弯曲工艺制作的，弯曲工艺会引起弯头外侧（外弧拱背）上的壁变薄及弯头内侧（内弧拱腹）上的壁变厚。有关研究表明，对于一个恒定的壁厚，弯头的内弧拱腹上的环向应力大于远离弯头的环向应力，弯头的外弧拱背上的环向应力稍微小于远离弯头的环向应力。弯管制造工艺不良，弯曲半径较小，在弯制过程中弯头内外弧处存在严重变形区,在内弧外表面产生周向折叠层

4、,在内表面由于受到较大的弯管应力和相变产生的组织应力从而形成应力腐蚀点;在运行过程中,由于温度波动所产生的热疲劳和热应力共同作用,使管子内弧表面腐蚀点产生微观小裂纹,小裂纹逐渐扩展造成泄漏。自2001年4月至2003年9月，水冷壁共发生在火焰监视器开孔处泄漏4次，4次泄漏中有3次裂纹沿管子内螺纹方向，位于管子弯弧侧面，1次为弯管内弧横向裂纹。此部位由于是内螺纹管，内部的螺纹凹槽更难以弯制，且火焰监视处有风冷却，温差较大，会加速裂纹的扩展。2005年5月15日、2005年10月30日1号炉后墙水冷壁折焰角下弯头外弧面裂纹、鼻尖弯头内弧鳍片裂纹引起泄漏。该部位弯制应力过大，弯头与鳍片工作温度或膨胀

5、系数存在差别，膨胀收缩会相互约束而产生附加的温度应力（即热应力）。在热应力作用下出现热疲劳破坏产生细小的短裂纹引起泄漏。2003年12月25日发生的2号炉左侧墙水冷壁冷灰斗斜坡二次风口将前墙对应管子吹爆和2004年1月25日的1号炉左侧墙水冷壁冷灰斗斜坡二次风口将前墙对应管子吹爆都属于炉底侧墙边界二次风携带灰尘颗粒自风口激流冲出，且风口开口位置不当，长期冲刷磨损靠近侧墙处第1、2根前墙水冷壁管子造成减薄泄漏。在这几年的防磨防爆检查中，对该部位也进行了长期跟踪检查，仍不同程度的发现风口处管子被吹损的现象，措施除详细检查焊补外对风口适当抬高位置，避免风向直吹管子。再热器出口联箱管座、中隔墙、省煤器

6、的几次泄漏是由于结构不良造成的。2000年10月6日、2001年9月27日#2炉再热器出口联箱最外圈管座泄漏，原因是保温施工利用此管固定保温支架，运行中因联箱膨胀与保温支架膨胀不一致，使此管不能随联箱自由膨胀，在焊缝的热影响区拉裂。这一原因造成了2号炉2次泄漏， 1、2号炉7个管座产生裂纹。膨胀不畅部件之间摩擦减薄泄漏，如2000年2月25日，1号炉省煤器中间联箱下管排在运行中轴向膨胀与相邻烟道支撑工字梁摩擦减薄泄漏。1999年9月21日1号炉中隔墙基建安装中临时加装的固定铁片，运行中管屏膨胀受阻造成了1次泄漏。这几年的防磨防爆检查中也发现了如28m再热器入口联箱疏水管与炉墙摩擦、省煤器入口联

7、箱下管圈与钢梁摩擦等类似缺陷，需要我们对各部位的膨胀量和间隙值比较了解，在检查中认真查找辨别摩擦或拉裂痕迹，进行及时处理，预防泄漏发生。过热器的泄漏中多是由于鳍片焊接不良造成的。其中2000年10月4日#1炉侧包过热器北侧东数第一个联箱西数第一根管（标高49m）处泄漏、2002年4月5日，1号炉顶棚过热器南数第95、96根管鳍片处焊缝发生泄漏、2002年5月19日1号炉顶棚过热器北数第3441根管爆漏，分析认为爆管是由于焊接质量造成的,在进行焊接鳍片的过程中由于焊接工艺操作不当(如：电流过大或运条速度太慢等原因)造成焊缝咬边, 咬边使壁厚减薄,强度下降,应力集中,在运行过程中由于热应力和疲劳应

8、力的共同作用，使咬边逐渐发展成裂纹,最后导致泄漏。2002年12月16日和2002年12月14日1、2号炉接连发生了2次因吹灰蒸汽带水，对周围的管子造成大面积吹损的情况尤其是#59、#60、#69、#70四个管子离吹灰器喷嘴相对距离较小的四个通道，吹损严重。吹损的原因分析为吹灰疏水温度设定值较低，蒸汽过热度不足，有带水现象，由于吹灰蒸汽带水使吹灰效果变差，增加了吹灰频次，形成恶性循环，加剧了受热面的吹损。在2002年4月在吹灰疏水改造中将疏水节流孔加装手动门并关闭，吹灰疏水量减少，吹灰过程中不能连续疏水，使疏水不彻底也是造成蒸汽带水的因素之一。2002年6月19日低过发生了1次因吹灰器退不到位

9、，阀门未关闭，长时间对管子固定位置吹扫造成泄漏。2004年7月17日、20日1号炉末过南数第7屏第2根管连续两次发生过热泄漏，最后分析认定为氧化皮脱落而堵塞。在2005年委托西安热工院做对1、2号炉高温过热器、高温再热器中不锈钢管内氧化皮进行检测，发现锅炉中不锈钢管内氧化皮剥落、沉积的总体情况比较严重，检测到氧化皮沉积的管子，高温过热器、再热器占85以上；少数不锈钢管中氧化皮堆积情况严重，堆积厚度达到管子内径的1/2，个别情况下达到了管内径的3/4。目前每年大小修对过热器、再热器奥氏体不锈钢受热面管氧化皮脱落沉积情况进行检测，均发现了不同程度的脱落现象。2002年12月1日，末过入口段北数第四

10、屏西数第七根末级过热器管过热爆破，检查该部位其他管子，均有不同程度过热现象，末级过热器管子内壁氧化皮较厚,达到0.7mm，金相分析，组织球化为3-5级，说明在机组运行两年后，末级过热器管的球化级别较高，管子外壁的脱碳层较厚，且在运行过程中，末级过热器管子存在长期超温现象。2002年12月21日，末过入口段北数第一屏西数第17根末级过热器管频繁超温，检查发现入口联箱北数第一屏西数第17根末级过热器管节流孔处有一焊瘤堵住管口约一半，对应后面的管子也过烧严重，已变成紫黑色，氧化皮脱落严重。清理焊瘤更换超温管段后运行正常。2 锅炉四管现状分析自日照电厂1、2号机组投产以来，各级领导带领锅炉专业人员进行

11、了大量的四管防磨防爆检查治理工作，特别是2003年成立了三级防磨防爆小组检查体系，外出收资取经，修订完善了防磨防爆管理制度，加大了奖惩力度，极大的提高了三级小组成员特别是以班组骨干为主的一级检查小组成员的积极性，查出并消除了大量的设备缺陷。针对存在的再热器两侧管屏超温的设备问题，加大改造资金投入，更换了超温严重的管屏，制作了超温统计管理软件并严格控制超温。针对吹灰吹损受热面的问题，各级人员不断积累吹灰经验和摸索规律，优化吹灰频次，制定管理办法，吹灰吹损现象得到有效控制。在2000年投产初期，锅炉的爆管次数一年达到9次，通过锅炉防磨防爆工作的逐步开展，设备状况逐步好转，取得了很大成绩。在2006

12、年，2台锅炉实现了全年无泄漏，尤其是#2锅炉取得了连续3年无泄漏的好成绩。虽然泄漏次数有了减少，但从这几年发生泄漏的类型及防磨防爆检查中发现的问题来看，由于煤质变化和设备老化，锅炉四管面临着一系列新问题，锅炉的安全状况不容乐观。一是近年来由于受煤炭市场及煤质的影响，各厂炉膛水冷壁的高温腐蚀情况呈现较快发展趋势。在2006年、2007年日照电厂锅炉检修防磨防爆检查中发现了正对喷燃器的后墙及右墙后侧水冷壁管高温腐蚀严重，管壁减薄较重，腐蚀冲损最严重处管壁仅有3.0mm（原壁厚实测11 mm）。在2007年1号机组B修中因腐蚀减薄超标更换管子125根，焊口261个，管子近800m，给当时的检修工作带

13、来巨大的困难和启动后的安全运行带来了隐患。经山东电力工业锅炉压力容器检验中心分析认为，管子的失效主要以腐蚀和冲刷为主。腐蚀产物主要为氧化物和硫化物，其中硫化物含量约占19.31%。综合分析认为炉膛内水冷壁管减薄原因为首先存在高温腐蚀，吹灰器吹灰加剧了水冷壁管的减薄，管壁表面的氧化膜在吹灰蒸汽的冲刷下脱落后露出新的金属基体，新的基体易被氧化和腐蚀，新的氧化膜又被冲掉，如此腐蚀和冲刷反复交替进行，形成冲蚀作用，大大加快了管壁减薄的速度。产生高温腐蚀的原因一为煤中硫份高，高温腐蚀速度与煤中含硫量成正比。二为后墙及右墙后侧水冷壁周围燃烧时为还原性气氛，产生较多H2S气体，H2S气体对高温腐蚀影响较大。

14、从修后西安热工院燃烧调整试验分析中得知，低负荷时备用燃烧器的漏风，导致运行层燃烧器的缺氧燃烧使水冷壁壁面气氛CO含量偏高，也是导致后墙高温腐蚀严重的主要因素。二是从近几年发生的四管泄漏类型来看，多为弯头应力集中产生裂纹扩展泄漏，有可能今后一段时间处于部件应力集中缺陷的暴露期。在这几年的大小修防磨防爆检查中，利用了磁记忆手段也多次查出了应力集中现象并提前采取了释放应力或更换管段的措施。由于这种裂纹是从内向外发展的，人员宏观检查难以发现，即便是采用磁记忆手段，由于弯头数量众多，且受检修时间和炉内结构条件限制，无法逐一排查，这是影响锅炉安全运行的一大隐患和难题。三是吹灰蒸汽吹损的范围不断扩大。在这几

15、年的防磨防爆检查中发现，尾部受热面吹灰通道内的吹损范围扩展到了每排的第2、3根管子，防护瓦脱落偏转的部位吹损严重，个别管子停炉后检查发现已经接近吹透。在2002年吹灰蒸汽大面积吹损受热面时由于工期原因大量采用了焊补工艺，在磁记忆抽查中发现了应力集中现象，令人担心。虽然加强了吹灰管理，减少吹灰频次，但由于每排的第2、3根管子无法加装防护瓦，第1根管能够加装防护瓦的部位也由于数量众多，难以确保无一偏转脱落，且被吹损的管子不一定完全查找到且焊接质量也无法确保，给以后的安全运行带来了隐患。四是烟气走廊处的磨损和氧化皮脱落堵塞。再热器入口联箱等部位在检查中相继发现了烟气变向冲刷磨损，均流板破损处形成烟气

16、走廊冲刷管子，联箱、导汽管防护胶泥脱落被冲刷等缺陷。随着运行时间的增长，省煤器、再热器、水冷壁、过热器磨损所带来的问题会逐渐突出。由于氧化皮脱落无规律性且目前还没有积极有效的防范措施，所以无法排除该隐患，通过加大检测，针对性割管处理和运行吹扫来防止堵管。3 锅炉防磨防爆工作探讨锅炉防磨防爆工作，涉及锅炉、金属、化学、热工、焊接等专业，联系机组设计选型、制造、监造、安装、调试、运行、检修、监督等过程和环节，是一种非常繁杂和专业性非常强的系统性工作。华能大连电厂锅炉连续十几年无泄漏，成为电站锅炉长周期运行的样板厂，也归功于拥有一个非常好的防磨防爆体制和系统，并很好运作。华能日照现在虽然健全了防磨防

17、爆的体系，但需要进一步完善运作，更好的发挥其作用。一是冷静全面分析设备存在的问题，提出解决的措施和长远规划。现对锅炉受热面仍具有较大威胁的主要有水冷壁腐蚀、应力集中、吹灰器吹损受热面、TP304管氧化皮脱落、末级过热器再热器两侧超温问题。随着机组运行时间的加长，尾部受热面的飞灰磨损也将逐步加重。二是加大技改投入，针对设备存在的问题寻求科研院所支持，加大设备改造力度。对于水冷壁腐蚀、氧化皮、应力集中等问题，积极联系科研院所，全面分析影响因素，吸收利用先进科技手段，提高对设备的诊断能力和防护水平，进行预防性的检查处理和制定改造优化方案。如利用磁记忆和氧化皮检测技术检查设备内在的问题，利用寿命评估提

18、前对到限炉管进行更换。对备用燃烧器漏风与尾部烟道吹灰方式改进等问题，成立专题小组，通过攻关改造使影响降至最小。三是保持一个稳定精干的防磨防爆检查队伍，本着少而精的原则配备检查人员，在实际工作中做到“分工明确，责任到人，检查到位、奖惩分明” 。防磨防爆检查小组成员分片负责，对查出的问题按考核标准进行奖励，同时，对没有检查出缺陷的情况也按规定进行扣罚。在日常工作中“逢停即检”，充分利用每次的停炉检修机会进行全面检查，发现问题及时采取措施，防止或减少“四管”漏泄发生。四是采用可行的激励机制，调动并鼓励检查小组以外的锅炉运行检修人员以及相关检修队伍参与检查，利用个人的经验和角度，全面细致的排查各个角落，不留死角。对个人及检修队伍发现的重大缺陷，按考核标准进行奖励，并要求落实到人，不搞大锅饭。所有奖罚均当场当面兑现，这对参加检修的人员是一极大的激励和约束，充分有效调动了他们的工作积极性，对防磨防爆工作也是有益的推动。五是加强运行和检修管理。运行控制汽温、汽压、壁温，防止发生超温、超压对锅炉受热面造成永久损伤和破坏。由于启停炉温差变化大容易应力集中，出现缺陷扩展以及氧化皮剥落堆积，启停炉应严格控制升（降）温升（降）压率等锅炉参数在允许范围内并严密监视，合理吹灰，及时调整，防止锅炉各参