火电机组锅炉四管漏泄的原因分析

火电机组锅炉四管漏泄的原因分析

热能设备锅炉的“四管道”泄漏是指锅炉的冷壁、热装置、加热装置和省煤装置的泄漏。“四管”漏泄能造成机组非计划停运,对机组安全稳定运行威胁极大。新建火电机组在基建过程中,采取何种方法和工艺控制以防止机组投运后发生承压部件的漏泄,是基建工程的重点。1锅炉“四管”泄漏的主要类型和原因1.1长期过热爆管破口外观特征超温爆管是由于某种原因导致管子金属实际工作温度超过钢材允许的下临界点温度,在介质内压作用下发生破坏的故障现象。一般分为短期超温爆管和长期超温爆管两类。短期过热爆管的破口外观特征为:破口附近管子胀粗较大,破口张口很大,呈喇叭状,破口边呈减薄撕裂状。水冷壁管短期过热爆管破口内壁由于爆管时管内汽水混合物急速冲击,显得十分光洁,外壁一般呈蓝黑色。短期超温爆管的主要原因如下:a.火焰冲刷炉墙,导致局部热负荷过高。b.管内汽水循环不良,如管内积聚堵塞焊渣、小工具、铁屑等。c.汽水分配不均,部分管路循环停滞或流量过低。d.管内严重结垢,使管子传热效果变差,管子金属超温失效。e.给水中断。f.尾部烟道再燃烧。长期过热爆管破口外观特征为:管子的破口不大,破口断裂面粗糙不平整,破口附近有较多平行于破口的轴向裂纹;破口外表面有一层较厚的氧化皮,氧化皮很脆,易剥落;破口处的胀粗不大,但胀粗范围比较大。长期超温爆管的主要原因如下:a.烟气热偏差过大,管子热负荷超过设计值。b.管子金属材料使用不当。c.局部热负荷较高,管子壁温高于其规定值。d.管内冷却介质流量偏低。e.受热面积灰、结焦。1.2机械磨损的原因机械磨损是管排结构设计不当或结构失效,导致管排或与构件之间,因炉内烟气的扰动而相互磨擦碰撞发生损伤失效。机械磨损的主要原因如下:a.管排或管子之间的固定件失效或安装、设计不合理。b.吹灰器卡涩,蒸汽长期吹扫,管道损伤。c.受热面热态膨胀后相互接触碰撞。d.燃烧器与附件管子距离太近,长期振动或调整角度时磨擦碰撞形成损伤。e.在介质管道缩口、扩口区域或转弯较大的区域,介质长期冲刷减薄。1.3飞灰磨损引起的失效飞灰磨损是由于炉内烟气飞灰含量超过设计值或局部烟气流速过大,造成灰粒子长期冲刷管道金属,导致其失效。飞灰磨损的主要原因如下:a.煤质变化,灰分量超过设计值上限。b.烟气短路,局部烟速过高。c.受热面积灰,烟气通流面积减少,单侧或局部烟气流速较高。d.炉墙存在漏风、漏灰点。e.燃烧器开裂,煤粉冲刷附近管道。f.在烟道内存在较大的转折点或流道面积突然缩小。1.4机组的基本特征应力失效是由于受热面结构或管路间结构不合理,长期运行,热应力、结构应力或残余应力超过金属允许值而形成失效。应力失效的主要原因如下:a.整体膨胀不均,局部应力超标。b.炉膛爆炸。c.长期的温度交变运行,形成交变应力而造成疲劳损坏。d.异种钢结构之间的连接存在较大温差应力,如不锈钢密封件与碳钢管子之间的焊接处。e.支吊架失效,管排形成局部应力超标。f.水冲击产生温度热应力,如减温水喷射雾化不好,减温器套筒出口部位、盲肠管道与主干管连接部分由于疏水回流产生温度交变应力。g.在机组启动或停止过程中,温度变化超过规定值。h.机械振动形成交变应力,如疏水管道固定在钢结构上,集箱随炉体振动,疏水管根部形成机械交变应力。i.管圈在加工过程中形成残余应力未能完全消除。j.密封结构不合理,形成结构内应力。1.5高温腐蚀和炉炉防菌工艺化学腐蚀的主要原因如下:a.应力状态下存在化学腐蚀介质。b.烟气中硫化物等腐蚀性介质含量过高。c.灰垢长期积聚在管子表面,高温下形成垢下腐蚀。d.火焰冲刷炉墙造成金属表面高温氧化。e.停炉保养、水压试验,防腐措施采取不当。f.炉水中氯离子含量超标,造成奥氏体不锈钢腐蚀。g.酸洗过程控制失败,酸液或碱液在受热面中停留时间过长,或酸碱液体进入立式过热器中。h.炉内加药失效,炉水质量超标。1.6泄漏原因。据初环的分类,主要有a.管道材质不当。由于设计不当、管材应用错误或异种金属焊接,造成工作应力或温度环境超过金属的允许界限而形成失效。b.焊缝泄漏。焊缝质量不良或缺陷发展形成泄漏。c.大块焦渣或受热面固定卡件脱落而砸伤受热面、检修过程中误伤受热面以及因材质原始缺陷等造成泄漏。综上所述,“四管”泄漏原因可分为:机组系统设计缺陷;机组安装、调试质量缺陷;检修质量缺陷;原材料质量缺陷;运行控制调整方式不当;燃用超过设计范围煤质。2应防止锅炉建成后“四管”泄漏2.1锅炉投运可靠性影响因素分析根据现场实际经验和上述分析,系统设计缺陷对锅炉“四管”泄漏影响很大,在锅炉厂的原始设计中,应对炉膛结渣、高温腐蚀、超温、磨损、监控手段、吹灰方式、炉膛出口热偏差值、水动力均匀性、蒸汽流量偏差值、应力均匀性、管排及管圈之间固定结构形式的合理性、调温措施、锅炉抗结渣性、管圈材质设计合理性等方面引起足够重视,通过合理设计进行有效控制,以提高锅炉投运的可靠性。2.2严格监造,保障制造质量在锅炉的制造过程中,锅炉厂必须保证产品的加工质量。由于电力市场又出现了建设高峰,厂家生产任务十分繁重,有时需要加班加点工作,为保证设备的制造质量,监造单位对于产品的过程质量控制起到决定性的作用,应按照监造合同和大纲进行严格监造与验收。2.3监督检查机制在锅炉制造和安装过程中,应充分利用锅炉和压力容器技术监督机制,对交付前的产品、安装前的零部件及安装后的组件进行监督复查,对机组调试过程与结果进行跟踪。锅炉和压力容器的技术监督对防止锅炉投运后“四管”泄漏故障的发生起到了关键作用。2.4强化机组安装质量控制在机组安装队伍的选取方面,应选用质量意识强、安装经验丰富、技术水平高的队伍,保障机组的安装水平。在锅炉安装阶段,应充分发动各种技术监督力量,检查安装过程和安装质量,发现安装中存在问题,及时制订可行的解决方案,将质量隐患消除在萌芽之中。对于机组安装单位,应在安装材料的使用控制、工艺规范上下功夫,防止出现材质、规格和焊材错用等现象。在锅炉安装期间要通过无损探伤对厂家焊口、安装焊口进行渗透检查,要求安装单位采取严格的质量控制措施,确保焊接质量处于受控状态。2.5建立广泛的信息通道在整个基建工程期间,应将监造、监理、技术监督、安装过程中发现的问题及时收集整理,建立通畅的信息通道。通过收集整理机组各部分的信息参数资料,建立准确完整的机组设备台账,为机组投产后提供准确的设备状况信息,防止信息遗漏或决策失准。2.6提高检修队伍,完善设备检修维护在基建阶段,培养高素质的运行人员,可以为机组投产后合理组织和控制机组运行,保障机组运行最优化状态提供有力保证;培养高素质的检修队伍,可以及时发现机组存在的隐患,用科学的头脑分析问题,找到合理的解决对策,对于保障机组的可靠性十分必要。因此,在基建期间,必须注重对运行人员和检修人员的技能培训,注重对现场设备的掌握,注重对系统逻辑关键性与全面性的了解,从而减少操作中的失误。3创新材料和信息技术近年来,针对锅炉“四管”泄漏问题,一些研究机构从新型材料和信息技术方面入手,研究出新型的防爆、防漏技术。在新机组的设计安装过程中,可以根据具体情况加以应用。3.1及时采取防治措施,消除炉管泄漏造成的影响通过监测炉管泄漏后的声波特性,早期发现并预报锅炉泄漏情况,尽快采取措施,对于防止泄漏范围扩大、消除炉管泄漏造成的影响具有十分重要的意义。炉管泄漏监测一般采用烟气泄漏声波的单项条件来判断泄漏发生的状况和位置。3.2减少超温运行的方法在高温受热面管子壁面预埋热电偶,能够测得不同高度管道壁面金属的真实温度,并且可以长期运行,为运行人员的操作提供了依据,有效防止受热面壁温的超温运行现象。3.3面喷砂处理将水冷壁、高温过热器或高温再热器(非不锈钢和T91钢材)管子表面通过喷砂处理,去除表面的灰垢和氧化层,表面呈现金属光泽并且为麻面效果。通过电弧将NiW合金或NiCr合金熔化后,利用压缩空