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兰州西固热电有限责任公司 甘肃兰州 730060
摘要：火力发电厂中，锅炉"四管"的安全稳定运行，直接与发电机组的安全稳定经济运行联系在一起。火电机组一旦发生“四管”泄漏就只有采取强迫停炉，进行抢修，严重影响火力发电厂的正常生产，造成巨大的经济损失。本文分析了火力发电厂引起锅炉“四管”爆漏的主要原因，并对“四管”防磨防爆的工作经验进行了总结，对于防磨防爆工作具有很好的参考作用。
关键词：锅炉；“四管”；泄漏；防磨防爆
0.前言
在火电厂，电站锅炉的“四管 ”长期受到高温腐蚀和磨损，容易造成管道泄漏，常常导致事故发生，给电厂安全运行造成威胁，是困扰火电厂安全生产的一大难题。通过分析锅炉受热面爆管的原因，提出预防措施，是减少锅炉受热面爆管发生的首要问题。
1.制造安装、检修维护对锅炉受热面爆管的影响
从实际运行状况来看，由于制造厂工艺问题、现场安装及电厂检修质量等原因而造成的锅炉受热面爆管与漏泄事故也頗为常见，其主要问题包括以下几个方面：
1.1.管子弯头椭圆度和管壁减薄问题
由于制造厂工艺问题、质量管理把关不严，往往造成弯管椭圆度不符合标准要求，有部分管子弯头壁厚小于直管段的最小需要壁厚；在检修维护时使用的钢管壁厚小于设计值造成强度不足，使部件提前失效。
1.2异物堵塞管路
由于管内存在制造、安装或检修时的遗留物引起锅炉受热面的爆管事故也时有发生。
1.3管材质量问题
钢管材质不良，管子本身存在分层、夹渣等缺陷，运行时受温度和应力影响缺陷扩大而爆管。
1.4用错管材
在制造、维修过程中，应该用合金钢的错用成碳钢，使其在长期运行中过热爆破。
1.5安装、检修质量问题
安装、检修维护时未按照图纸要求施工，使管子排列、固定和膨胀间隙出现问题，运行中在热应力的作用下将管子撕裂导致爆管。
2.运行状况对锅炉受热面爆管的影响
锅炉及其相关设备的运行状况对锅炉爆管有很大的关系，且锅炉爆管往往受到众多因素的综合影响。
2.1.蒸汽品质不良
蒸汽品质不良，引起管内结垢严重，使管子换热效果变差，导致管壁过热引起爆管。
2.2.炉内燃烧工况
锅炉运行中炉内烟气动力场和温度场出现偏斜，则沿炉膛宽度和深度方向的烟温偏差就会增加，从而使水平烟道受热面以及尾部竖井受热面沿宽度和深度方向上的烟温和烟速偏差都相应增大。我国大容量锅炉中广泛应用的四角切圆燃烧技术常常会出现炉膛出口较大的烟温或烟速偏差，有时两侧的烟温偏差相当大，从而引起超温爆管。
2.3.煤种的差异
锅炉在非设计煤种下运行，主要表现在实际用煤与设计煤种不符、煤种多变和煤质下降等。燃烧煤种偏离设计煤种，使着火点延迟，火焰中心上移，当炉膛高度不足，过热器就会过热爆管。
2.4.受热面积灰
锅炉燃烧器调整不当，吹灰器不能正常投用或工作不正常，往往造成炉膛结焦和过热器积灰，炉膛结焦，水冷壁易发生超温；过热器积灰会使过热汽温下降，再热汽温上升，易造成再热器超温，从而导致爆管。
2.5.磨损与腐蚀
锅炉燃料燃烧时产生的烟气中带有大量灰粒，灰粒随烟气冲刷受热面管子时产生磨损，锅炉吹灰器对受热面发生磨损而造成泄漏的情况也比较常见。另外，锅炉测漏装置由于安装位置不太恰当，或使用不当，对受热面发生吹损而造成泄漏的情况也偶有发生。
当燃用含有一定量硫、钠和钾等化合物的燃料时，在550～700℃的金属管壁上会发生高温腐蚀；烟气中存在的SO2和SO3在受热面壁温低于烟气露点时会发生受热面低温腐蚀。
2.6管内堵塞、管壁结垢、外壁氧化
锅炉在长期运行中，锈蚀量较大，但因管径小，无法彻底清除，管内锈蚀物沉积在管子底部水平段或弯头处，造成过热而引起爆管，这一现象在不锈钢管中问题最为突出。炉管内壁结垢，使管壁温升高，外壁氧化，又使管壁减薄，这些都会引起爆管。
2.7.运行管理
在实际运行中，由于运行人员误操作、运行调整不当，使受热面管材超过极限温度运行，在这种运行工况下极易发生超温爆管。
3.锅炉受热面爆管机理
根据受热面爆管事故原因分析与总结，把电站锅炉受热面爆管机理归纳为以下7种。
3.1过热
3.1.1.产生失效的原因
（1）管子内介质的流量分布不均，在通流横截面积较小的管段，介质对管壁不能有很好的冷却效果，导致管子表面温度升高，产生超温现象；（2）锅炉炉膛内，部分区域发生超温，这一区域管子表面温度超过管材温度设计值，导致过热；（3）受热面管子内部产生污垢，传热热阻增加，导致超温过热；（4）受热面管子内部有杂物，介质流动受阻，管壁得不到很好的冷却，产生过热；（5）用错管材，使用低等级管材，导致管子短时间过热爆破；（6）在锅炉运行过程中，运行人员减温水投入不当，导致管壁温度超温过热。
3.1.2.应对措施
根据受热面管子过热产生失效的原因，防止受热面管子过热的措施有，对受热面管排进行改造，更换小口径的管排，均匀管内介质通流面积，运行人员加强对炉膛燃烧状况的监视及调整，使炉内燃烧稳定；利用大小修停炉机会，及时对受热面管子内部进行冲洗，除杂物、脱落的氧化皮等异物；加强金属监督，避免用错管材等。
3.2磨损
3.2.1.产生失效的原因
（1）锅炉烟道内部出现局部烟气走廊，烟气流动不均，局部烟气流速过快，发生管子磨损现象；（2）运行人员对受热面吹灰次数过多；（3）吹灰器产生缺陷，枪头出现沙眼、裂纹等，导致泄漏；（4）燃烧煤粉细度过大造成管子磨损加剧等。 3.2.2.应对措施
在锅炉大小修中，对受热面管排间距进行调整，消除局部烟气走廊；加强对吹灰器的运行管理，在日常检修维护工作中及时对吹灰器产生的缺陷进行消除及跟踪，利用每次停炉检修，测量、调整吹灰器枪头伸缩尺寸；严格控制煤粉细度指标，防止由于细度过大造成磨损加剧。
3.3应力腐蚀裂纹
3.3.1.产生失效的原因
（1）管内汽水中含有负一价氯、局部温度过高、金属应力，是产生受热面管子失效的三个条件；（2）在锅炉启动和停运过程中，当含有氧、氯元素的介质进入受热面管子内部时，容易产生腐蚀性裂纹；（3）管材焊接过程中，焊接工艺不当，导致管子焊口附近有残余热应力，未能及时消除。
3.3.2.应对措施
采取有效措施，控制产生应力腐蚀裂纹的三个基本条件，加强化学水处理工艺消除汽水中的氯离子、消除高温环境，严格焊接工序工艺，及时消除焊接热应力；每次停炉后及时对锅炉进行防腐等。
3.4热疲劳
3.4.1.产生失效的原因
（1）锅炉运行过程中，对受热面进行水力吹灰，导致管子内外壁温差过大，易导致热疲劳；（2）锅炉运行中，局部热负荷过高，受热面管壁温度超过其设计值，导致管材的金属力学性能改变；（3）锅炉机组启停次数频繁，炉内温度环境变化过大。
3.4.2.应对措施
在锅炉运行中，避免进行水力吹灰，利用停炉大修期间，进行吹灰装置改造，使用蒸汽吹灰装置；改善运行工况，加强燃烧调整，避免出现高负荷区域，导致管排超温运行；合理的计划锅炉启停操作，改善炉内温度环境，避免出现炉膛内部区域温差过大。
3.5高温腐蚀
3.5.1.产生失效的原因
（1）煤中含有的硫元素质量分数过高，例如黄铁矿硫，容易导致受热面高温腐蚀和结焦；（2）煤质中的挥发份含量偏低，導致煤粉燃烧不完全，煤粉气流冲刷水冷壁管排，喷燃器区域温度过高，加之处于还原性气流中，促使高温腐蚀；（3）炉膛内温度分布不均，部分区域烟气温度过高，若烟气中腐蚀性的物质过多，容易黏附在管排上，易发生腐蚀。
3.5.2.应对措施
加强入炉煤的煤质分析，检测煤种中硫元素的含量，合理进行配煤掺烧；合理调整燃烧配风，加强侧壁风的使用，减少烟气中的还原性气体，从而避免燃烧器区域管壁的高温腐蚀。
3.6异种钢焊接接头失效
3.6.1.产生失效的原因
不同金属材料的金属力学性能差异很大，异种钢焊接连接处在高温环境中，容易产生蠕变，不同金属蠕变强度相差大是异种钢焊接初期失效的重要原因。
3.6.2.应对措施
锅炉的安全稳定运行是避免异种钢焊接接头失效最主要的因素；在不同金属焊接时，严格焊接工序工艺，遵照《火力发电厂异种钢焊接技术规程》DL/T752-2010国家标准执行，保证焊接质量。
4.结论
造成锅炉受热面爆管的原因很多，只有对锅炉受热面爆管的原因进行正确的分析，判断受热面管子失效的根本原因所在，提前制定预防措施，为火力发电机组的安全长周期运行提供更加可靠的技术保障，才能从根本上解决锅炉受热面爆管问题，有效地防止锅炉受热面爆管事故的发生，确保电厂的安全、稳定、经济运行。
作者简介：
王成刚，现年44岁，本科学历，长期热力发电厂锅炉设备检修与技术管理工作，对165MW、330MW机组锅炉本体、辅机、管阀系统设备有扎实的理论知识和丰富的现场技术管理经验。
摘要：火力发电厂中，锅炉"四管"的安全稳定运行，直接与发电机组的安全稳定经济运行联系在一起。火电机组一旦发生“四管”泄漏就只有采取强迫停炉，进行抢修，严重影响火力发电厂的正常生产，造成巨大的经济损失。本文分析了火力发电厂引起锅炉“四管”爆漏的主要原因，并对“四管”防磨防爆的工作经验进行了总结，对于防磨防爆工作具有很好的参考作用。
关键词：锅炉；“四管”；泄漏；防磨防爆
0.前言
在火电厂，电站锅炉的“四管 ”长期受到高温腐蚀和磨损，容易造成管道泄漏，常常导致事故发生，给电厂安全运行造成威胁，是困扰火电厂安全生产的一大难题。通过分析锅炉受热面爆管的原因，提出预防措施，是减少锅炉受热面爆管发生的首要问题。
1.制造安装、检修维护对锅炉受热面爆管的影响
从实际运行状况来看，由于制造厂工艺问题、现场安装及电厂检修质量等原因而造成的锅炉受热面爆管与漏泄事故也頗为常见，其主要问题包括以下几个方面：
1.1.管子弯头椭圆度和管壁减薄问题
由于制造厂工艺问题、质量管理把关不严，往往造成弯管椭圆度不符合标准要求，有部分管子弯头壁厚小于直管段的最小需要壁厚；在检修维护时使用的钢管壁厚小于设计值造成强度不足，使部件提前失效。
1.2异物堵塞管路
由于管内存在制造、安装或检修时的遗留物引起锅炉受热面的爆管事故也时有发生。
1.3管材质量问题
钢管材质不良，管子本身存在分层、夹渣等缺陷，运行时受温度和应力影响缺陷扩大而爆管。
1.4用错管材
在制造、维修过程中，应该用合金钢的错用成碳钢，使其在长期运行中过热爆破。
1.5安装、检修质量问题
安装、检修维护时未按照图纸要求施工，使管子排列、固定和膨胀间隙出现问题，运行中在热应力的作用下将管子撕裂导致爆管。
2.运行状况对锅炉受热面爆管的影响
锅炉及其相关设备的运行状况对锅炉爆管有很大的关系，且锅炉爆管往往受到众多因素的综合影响。
2.1.蒸汽品质不良
蒸汽品质不良，引起管内结垢严重，使管子换热效果变差，导致管壁过热引起爆管。
2.2.炉内燃烧工况
锅炉运行中炉内烟气动力场和温度场出现偏斜，则沿炉膛宽度和深度方向的烟温偏差就会增加，从而使水平烟道受热面以及尾部竖井受热面沿宽度和深度方向上的烟温和烟速偏差都相应增大。我国大容量锅炉中广泛应用的四角切圆燃烧技术常常会出现炉膛出口较大的烟温或烟速偏差，有时两侧的烟温偏差相当大，从而引起超温爆管。
2.3.煤种的差异
锅炉在非设计煤种下运行，主要表现在实际用煤与设计煤种不符、煤种多变和煤质下降等。燃烧煤种偏离设计煤种，使着火点延迟，火焰中心上移，当炉膛高度不足，过热器就会过热爆管。
2.4.受热面积灰
锅炉燃烧器调整不当，吹灰器不能正常投用或工作不正常，往往造成炉膛结焦和过热器积灰，炉膛结焦，水冷壁易发生超温；过热器积灰会使过热汽温下降，再热汽温上升，易造成再热器超温，从而导致爆管。
2.5.磨损与腐蚀
锅炉燃料燃烧时产生的烟气中带有大量灰粒，灰粒随烟气冲刷受热面管子时产生磨损，锅炉吹灰器对受热面发生磨损而造成泄漏的情况也比较常见。另外，锅炉测漏装置由于安装位置不太恰当，或使用不当，对受热面发生吹损而造成泄漏的情况也偶有发生。
当燃用含有一定量硫、钠和钾等化合物的燃料时，在550～700℃的金属管壁上会发生高温腐蚀；烟气中存在的SO2和SO3在受热面壁温低于烟气露点时会发生受热面低温腐蚀。
2.6管内堵塞、管壁结垢、外壁氧化
锅炉在长期运行中，锈蚀量较大，但因管径小，无法彻底清除，管内锈蚀物沉积在管子底部水平段或弯头处，造成过热而引起爆管，这一现象在不锈钢管中问题最为突出。炉管内壁结垢，使管壁温升高，外壁氧化，又使管壁减薄，这些都会引起爆管。
2.7.运行管理
在实际运行中，由于运行人员误操作、运行调整不当，使受热面管材超过极限温度运行，在这种运行工况下极易发生超温爆管。
3.锅炉受热面爆管机理
根据受热面爆管事故原因分析与总结，把电站锅炉受热面爆管机理归纳为以下7种。
3.1过热
3.1.1.产生失效的原因
（1）管子内介质的流量分布不均，在通流横截面积较小的管段，介质对管壁不能有很好的冷却效果，导致管子表面温度升高，产生超温现象；（2）锅炉炉膛内，部分区域发生超温，这一区域管子表面温度超过管材温度设计值，导致过热；（3）受热面管子内部产生污垢，传热热阻增加，导致超温过热；（4）受热面管子内部有杂物，介质流动受阻，管壁得不到很好的冷却，产生过热；（5）用错管材，使用低等级管材，导致管子短时间过热爆破；（6）在锅炉运行过程中，运行人员减温水投入不当，导致管壁温度超温过热。
3.1.2.应对措施
根据受热面管子过热产生失效的原因，防止受热面管子过热的措施有，对受热面管排进行改造，更换小口径的管排，均匀管内介质通流面积，运行人员加强对炉膛燃烧状况的监视及调整，使炉内燃烧稳定；利用大小修停炉机会，及时对受热面管子内部进行冲洗，除杂物、脱落的氧化皮等异物；加强金属监督，避免用错管材等。
3.2磨损
3.2.1.产生失效的原因
（1）锅炉烟道内部出现局部烟气走廊，烟气流动不均，局部烟气流速过快，发生管子磨损现象；（2）运行人员对受热面吹灰次数过多；（3）吹灰器产生缺陷，枪头出现沙眼、裂纹等，导致泄漏；（4）燃烧煤粉细度过大造成管子磨损加剧等。 3.2.2.应对措施
在锅炉大小修中，对受热面管排间距进行调整，消除局部烟气走廊；加强对吹灰器的运行管理，在日常检修维护工作中及时对吹灰器产生的缺陷进行消除及跟踪，利用每次停炉检修，测量、调整吹灰器枪头伸缩尺寸；严格控制煤粉细度指标，防止由于细度过大造成磨损加剧。
3.3应力腐蚀裂纹
3.3.1.产生失效的原因
（1）管内汽水中含有负一价氯、局部温度过高、金属应力，是产生受热面管子失效的三个条件；（2）在锅炉启动和停运过程中，当含有氧、氯元素的介质进入受热面管子内部时，容易产生腐蚀性裂纹；（3）管材焊接过程中，焊接工艺不当，导致管子焊口附近有残余热应力，未能及时消除。
3.3.2.应对措施
采取有效措施，控制产生应力腐蚀裂纹的三个基本条件，加强化学水处理工艺消除汽水中的氯离子、消除高温环境，严格焊接工序工艺，及时消除焊接热应力；每次停炉后及时对锅炉进行防腐等。
3.4热疲劳
3.4.1.产生失效的原因
（1）锅炉运行过程中，对受热面进行水力吹灰，导致管子内外壁温差过大，易导致热疲劳；（2）锅炉运行中，局部热负荷过高，受热面管壁温度超过其设计值，导致管材的金属力学性能改变；（3）锅炉机组启停次数频繁，炉内温度环境变化过大。
3.4.2.应对措施
在锅炉运行中，避免进行水力吹灰，利用停炉大修期间，进行吹灰装置改造，使用蒸汽吹灰装置；改善运行工况，加强燃烧调整，避免出现高负荷区域，导致管排超温运行；合理的计划锅炉启停操作，改善炉内温度环境，避免出现炉膛内部区域温差过大。
3.5高温腐蚀
3.5.1.产生失效的原因
（1）煤中含有的硫元素质量分数过高，例如黄铁矿硫，容易导致受热面高温腐蚀和结焦；（2）煤质中的挥发份含量偏低，導致煤粉燃烧不完全，煤粉气流冲刷水冷壁管排，喷燃器区域温度过高，加之处于还原性气流中，促使高温腐蚀；（3）炉膛内温度分布不均，部分区域烟气温度过高，若烟气中腐蚀性的物质过多，容易黏附在管排上，易发生腐蚀。
3.5.2.应对措施
加强入炉煤的煤质分析，检测煤种中硫元素的含量，合理进行配煤掺烧；合理调整燃烧配风，加强侧壁风的使用，减少烟气中的还原性气体，从而避免燃烧器区域管壁的高温腐蚀。
3.6异种钢焊接接头失效
3.6.1.产生失效的原因
不同金属材料的金属力学性能差异很大，异种钢焊接连接处在高温环境中，容易产生蠕变，不同金属蠕变强度相差大是异种钢焊接初期失效的重要原因。
3.6.2.应对措施
锅炉的安全稳定运行是避免异种钢焊接接头失效最主要的因素；在不同金属焊接时，严格焊接工序工艺，遵照《火力发电厂异种钢焊接技术规程》DL/T752-2010国家标准执行，保证焊接质量。
4.结论
造成锅炉受热面爆管的原因很多，只有对锅炉受热面爆管的原因进行正确的分析，判断受热面管子失效的根本原因所在，提前制定预防措施，为火力发电机组的安全长周期运行提供更加可靠的技术保障，才能从根本上解决锅炉受热面爆管问题，有效地防止锅炉受热面爆管事故的发生，确保电厂的安全、稳定、经济运行。
作者简介：
王成刚，现年44岁，本科学历，长期热力发电厂锅炉设备检修与技术管理工作，对165MW、330MW机组锅炉本体、辅机、管阀系统设备有扎实的理论知识和丰富的现场技术管理经验。