论文部分内容阅读
摘 要：锅炉是火力发电厂的主要设备，锅炉系统参数变化多样，长期以来，锅炉四管泄露问题困扰着发电机组的正常和稳定运行，影响着锅炉的使用寿命，锅炉一旦发生四管泄露，增加了锅炉非计划停运损失和检修工作量，严重的甚至造成安全事故，因此预防锅炉四管泄露是电力企业的首要工作。该文全面分析了火电企业锅炉四管泄露的主要原因，论文结合了笔者多年实践工作经验，提出了防治锅炉四管泄露的具体措施，对降低电站锅炉因四管泄漏造成的非计划停运具有较高的参考价值。
关键词：电厂锅炉 四管泄露 预防措施
中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0151-02
1 四管泄漏概述
随着我国国民经济的快速发展，近年来我国相继兴建了数座大、中型水力电站，电力网络建设不断扩大，而火电站的竞争日趋激烈，对火电企业的安全运行提出了更高的要求。锅炉本体承压管件中的水冷壁管、省煤器管、过热器管和再热器管合称为锅炉“四管”。省煤器管安装在锅炉尾部烟道的低温部分，水冷壁管布置于炉膛，四管均是电站锅炉的关键部件，[1]它们是自燃循环锅炉的主要受热面，主要作用是吸收锅炉炉膛内或烟道中的热量，并蒸发或气化推动整个给水流动。
水冷壁管、省煤器管、过热器管和再热器管由于过热、腐蚀、磨损等原因引起的泄露、破裂或者爆管等事故现象称为“四管泄漏”。锅炉运行中产生的各类事故中，四管泄露事故占了30%以上，四管泄露危害极大，造成电站非计划停运，增加了设备检修工作量，严重影响发电厂的安全运行。以国电靖远发电有限公司1～4号锅炉为例，该公司在1989—2006年间就发生了四管泄露事故100余次。
该文全面分析了四管泄露产生的原因，并结合工作实际，提出了一些防治四管泄漏的措施，对于减少发电厂非计划停运，提高火力发电机组可靠性，提高火电企业经济效益、增强企业竞争力，具有重要意义。
2 判定四管泄露的方法
工业锅炉产生四管泄露的原因很多，防治四管泄露的前提是准确的判断出具体的泄露部位，以便进一步分析原因及采取有效的措施处理。
判断发生四管泄露的主要主要方法仍然是分析仪表数据和进行详细的巡回检查，发生四管泄露的主要特征有以下几个方面。
（1）汽轮机组补水率将大幅增加，给水泵转速增大，给水流量大于蒸汽流量，炉膛负压显著降低，将吸风机调整为自动运行时，静叶开度自动增大，引风机电流、电除尘电流和电压不正常，现场检查时可以听见尖锐刺耳的异常声音，炉管泄漏检测装置报警，炉烟或汽、水等从泄漏点附近的检查孔处冒出。
（2）锅炉四管泄漏时，在锅炉燃量和送风量不变时，主蒸汽压力会缓慢下降，机组负荷降低，锅炉烟气含氧量产生较大变化。此外，烟气和蒸汽会产生偏流，炉膛出口的烟气流量增加、烟温升高，使锅炉壁温超温及减温水流量增加，其中一侧减温水调门开度远大于另一侧开度。
（3）锅炉炉膛出口烟温左右两侧偏差产生显著变化，其中泄露侧的烟温下降，而另一侧则显示正常。锅炉烟道内泄露点两侧烟压偏差增大，靠近泄漏点的负压测点显示负压值瞬间从下降或变为正压，但波动范围很小，有关调查数据表明，当炉膛负压超100Pa时，已造成了严重的锅炉泄露。
（4）水冷壁泄漏可能造成火检闪烁、排烟温度上升，炉膛压力升高，汽包水位先下降后恢复，严重时汽包压力下降，过热汽压力基本不变；炉膛燃烧会受扰动明显，炉膛负压正负波动，与此同时，炉膛两侧过、再热汽温、排烟温度、烟道烟温显著升高。省煤器泄漏时，其进出口热风温度及排烟温度降低，两侧烟温出现明显偏差；过热器泄漏时，炉膛负压和水位先升高后降低，过热器管壁温度升高，主蒸汽压力明显降低。再热器泄漏时则主蒸汽压力和水位保持不变，再热器压下降，而两侧排烟温度偏差增加。
3 产生四管泄漏的原因分析
（1）管子的制造、安装、检修焊接的质量不良，如采用异种金属焊接、焊口满溢、焊瘤、未焊透、气孔、裂缝等焊接质量问题，会使焊接部位产生应力集中，机械性能下降。锅炉安装质量问题如管排排列不均匀、烟气走廊较大、没有在过热器和省煤器迎风面和两端弯头布置防磨瓦等会降低承压部件的使用寿命。此外，受热面管子的拉钩、管卡、管夹等管排固定装置松动脱落造成管子与其周边机械零部件互相碰撞、摩擦而导致的机械磨损，检修过程中锯割、焊接、气割或修复管道时由于操作失误损伤到其他管道而没有及时发现或处理，造成管子的机械损伤也是四管泄露产生的原因之一。
（2）锅炉在运行过程中，一方面由于燃煤本身中还有大量的飞灰，另一方面，省煤器的管排十分密集，烟气中含有大量流速很高的飞灰粒子，这些粒子随着炉烟不断的冲刷受热面管壁，使省煤器、低温过热器、低温再热器等发生磨损，影响管子受热面的使用寿命。飞灰的存在还会引起受热面积灰，若不及时清理，将使管子局部传热效果降低，金属壁温降低，在350℃以下的积灰还能吸附SO2，导致管子的腐蚀加剧。
（3）锅炉给水中含有的钙、镁盐类杂质，它们在受热后产生了一系列的物理、化学变化，生成难溶的沉淀物，造成受热面结垢或悬浮在水中形成水渣，严重阻碍管壁的传热效率，使受热面金属壁温升高而过热，以至烧坏爆管。[2]
（4）锅炉受热面长期运行在高温环境中，会使四管表面金属的金相组织产生变化，引起金属材料产生缓慢的塑形变形，俗称为金属的蠕变，常表现为断口处无明显减薄的纵向破裂，金属显微组织中的碳化物形态逐渐变为球化状态，形成蠕变孔洞、蠕变孔洞链，甚至出现蠕变损伤。电站锅炉中，高温过热器、屏式过热器和高温再热器等较易出现金属的高温蠕变，必须引起高度重视。
（5）过热蒸汽器、再热蒸汽器长期工作在高温、应力、腐蚀介质下，管子外壁和内壁分别受到高温烟气和流动过热蒸汽的作用，产生高温氧化腐蚀，也就是通常所说的熔融盐腐蚀，高温氧化腐蚀可使受热面管材过热、变薄、老化，直至失效爆管，常发生在水冷壁管道。 （6）锅炉受压部件表面由于长期受到周期应力和应变的作用，导致疲劳裂纹产生、发展，并逐渐演变为疲劳损坏。根据疲劳损坏产生的机理可分为：腐蚀疲劳、低周热疲劳、热疲劳和振动疲劳等，疲劳损坏常发生在省煤器再循环管、安全阀管座、疏水管管座等附近区域。
（7）锅炉运行工况的影响，如发电机组负荷率过低、频繁启停，火焰中心调整不恰当，过滤停止运行后管子快速冷却等问题，对四管的使用寿命有着持续的影响，使承压管机械性能下降，增加了四管泄露的概率。
（8）其他造成四管泄露的原因还有：防磨盖板固定方式不正确、防磨盖板脱落、管子与防磨盖板的膨胀量不一致、管排固定装置松动、脱落等。
4 预防四管泄漏的措施
（1）在电厂锅炉安装施工前，首先要组织现场技术人员详细审查图纸，及时向设计单位反馈图纸中的问题，并跟踪问题的解决。设备进场后对设备进行严格、周密、细致的检查，对发现的技术缺陷及时向设计单位、生产厂商和监理反馈信息，共同协商采取有效的补救措施，严禁安装不合格的产品。安装过程中要及时收集、整理、归档所发现的问题，建立起准确完整的设备信息台账以及畅通的信息通道，为处理措施提供依据。
（2）建立健全防治锅炉寺观泄露检查制度，专项考核制度和激励机制，充分调动职工的责任心，明确运行人员、检修人员的岗位职责，建立完善的奖惩制度。加强可预见性管理措施，及时发现和消除设备的各种缺陷，如防止金属部件失效，建立设备技术档案，掌握设备部件的变化和损耗情况，根据已有的经验有针对性的提出防范措施。
（3）建立专业的金属监督管理人员队伍，避免由于检修、检查不到位及监督不力造成的事故。金属监督管理人员要定期对受热面进行变形、蠕胀和磨损情况进行检查，加强对长期存在过热问题的受热面进行监督和控制，定期对高温、低温过热器进行割管金相检验，仔细检查水冷壁管腐蚀、内壁结垢等情况，及时采取行之有效的处理措施。
（4）加强对原材料的监督管理工作，为防止使用错误的钢材和高温紧固件备品，使用前要对钢材进行光谱分析，对紧固件进行硬度复查，如需使用替代材料则必须经金属监督工程师同意。
（5）大力推广使用新技术、新方法增加设备使用寿命，完善防磨、防腐措施，如省煤器穿墙处、靠墙两侧添加防磨护板、水冷壁管外表面喷涂采用超音速新型防腐蚀材料等，安装锅炉炉管泄漏自动报警装置以便及早对锅炉炉管泄露的程度和区域位置进行测报。在高温受热面管子壁面金属中预埋热电偶以获取不同高度的管子壁面温度数据。[3]
（6）加强焊接管理，加强对焊接工人的培训工作，严格执行相关焊接检验制度，切实加强焊工自检、技术人员专检探伤人员探伤的检验制度。
（7）提高磨煤机加载压力，进一步降低燃煤煤粉细度，降低飞灰颗粒大小，锅炉运行时要合理控制调节烟气流速，尽量减小一次风压力运行，减小飞灰流速，降低磨损量。此外，还要及时做好吹灰工作，防止产生烟气走廊。
（8）锅炉运行时，要严格控制好各受热面壁温范围及锅炉的各项参数，做好运行调整，在锅炉燃烧和传热的前提下，控制好烟气流速、减少水平烟道处过量空气、严控炉膛负压，及时调整风量保持送风和引风的均衡。要根据根据燃煤的特性合理选择燃烧方式和调整燃烧角度，减少烟气中的飞灰含量、严格控制管壁温度、及时调整减温水量，减少管子特别是过热器管子的介质短路现象，避免风量过大或缺氧燃烧，严禁超温、超压运行，停炉检修期间，要采取妥善的防腐措施。锅炉启停严格按照启停曲线进行，当工况条件发生变化时，要加强监视和调整，并按照规定对各联箱及膨胀指示器指示做好详细的记录。[4]
（9）及时采取有效措施减缓或改善受热面的磨损情况，如果加装防磨瓦、涂抹防磨涂料、喷涂防磨层、在空气预热器上面加装防磨套管等，同时要定做检查受热面情况，及时发现易磨损部位的磨损状况。
（10）定期对锅炉进行排污，排除炉膛内的悬浮水渣和沉渣，经常性对受热面进行吹灰处理，保持受热面的清洁，防止产生炉内结垢、受热面积灰、结焦等现象。
（11）加强给水品质管理，严格控制炉水的pH范围稳定在9～11之间，有效控制管内的腐蚀，减少管内结垢，做好凝汽器的防漏、堵漏和防垢、防腐工作，定期采取热力除氧和化学除氧手段将给水中的氧去除，提高凝结水溶解氧和给水溶解氧的合格率。
（12）建立和完善质量监督管理制度，从企业管理部门、车间到班组都要严格执行，对不符合质量标准和工艺要求的项目严禁接收。
5 结语
由于锅炉四管泄露事故必须停止锅炉的正常运行后检修，锅炉设备的安全稳定对火电企业的安全生产起着决定性的作用。防治锅炉四管泄露的工作是电力企业长期的工作，要根据四管泄露的原因具体分析，切实加大人力、物力和精力的投入，提高各级人员的责任心，及时采取措施消除设备缺陷，保证锅炉机组的安全稳定运行。
参考文献
[1]王家璇.电厂热力设备及其运行[M].北京：中国电力出版社，1997.
[2]原素芳.火电机组锅炉受热面管爆漏情况分析及对策[J].华中电力，2004（1）：36-38.
[3]火力发电厂锅炉四管漏泄问题研究[J].四川电力试验研究所，1997.
[4]樊建人，锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理与计算[M].北京：科学出版社，2006.
关键词：电厂锅炉 四管泄露 预防措施
中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0151-02
1 四管泄漏概述
随着我国国民经济的快速发展，近年来我国相继兴建了数座大、中型水力电站，电力网络建设不断扩大，而火电站的竞争日趋激烈，对火电企业的安全运行提出了更高的要求。锅炉本体承压管件中的水冷壁管、省煤器管、过热器管和再热器管合称为锅炉“四管”。省煤器管安装在锅炉尾部烟道的低温部分，水冷壁管布置于炉膛，四管均是电站锅炉的关键部件，[1]它们是自燃循环锅炉的主要受热面，主要作用是吸收锅炉炉膛内或烟道中的热量，并蒸发或气化推动整个给水流动。
水冷壁管、省煤器管、过热器管和再热器管由于过热、腐蚀、磨损等原因引起的泄露、破裂或者爆管等事故现象称为“四管泄漏”。锅炉运行中产生的各类事故中，四管泄露事故占了30%以上，四管泄露危害极大，造成电站非计划停运，增加了设备检修工作量，严重影响发电厂的安全运行。以国电靖远发电有限公司1～4号锅炉为例，该公司在1989—2006年间就发生了四管泄露事故100余次。
该文全面分析了四管泄露产生的原因，并结合工作实际，提出了一些防治四管泄漏的措施，对于减少发电厂非计划停运，提高火力发电机组可靠性，提高火电企业经济效益、增强企业竞争力，具有重要意义。
2 判定四管泄露的方法
工业锅炉产生四管泄露的原因很多，防治四管泄露的前提是准确的判断出具体的泄露部位，以便进一步分析原因及采取有效的措施处理。
判断发生四管泄露的主要主要方法仍然是分析仪表数据和进行详细的巡回检查，发生四管泄露的主要特征有以下几个方面。
（1）汽轮机组补水率将大幅增加，给水泵转速增大，给水流量大于蒸汽流量，炉膛负压显著降低，将吸风机调整为自动运行时，静叶开度自动增大，引风机电流、电除尘电流和电压不正常，现场检查时可以听见尖锐刺耳的异常声音，炉管泄漏检测装置报警，炉烟或汽、水等从泄漏点附近的检查孔处冒出。
（2）锅炉四管泄漏时，在锅炉燃量和送风量不变时，主蒸汽压力会缓慢下降，机组负荷降低，锅炉烟气含氧量产生较大变化。此外，烟气和蒸汽会产生偏流，炉膛出口的烟气流量增加、烟温升高，使锅炉壁温超温及减温水流量增加，其中一侧减温水调门开度远大于另一侧开度。
（3）锅炉炉膛出口烟温左右两侧偏差产生显著变化，其中泄露侧的烟温下降，而另一侧则显示正常。锅炉烟道内泄露点两侧烟压偏差增大，靠近泄漏点的负压测点显示负压值瞬间从下降或变为正压，但波动范围很小，有关调查数据表明，当炉膛负压超100Pa时，已造成了严重的锅炉泄露。
（4）水冷壁泄漏可能造成火检闪烁、排烟温度上升，炉膛压力升高，汽包水位先下降后恢复，严重时汽包压力下降，过热汽压力基本不变；炉膛燃烧会受扰动明显，炉膛负压正负波动，与此同时，炉膛两侧过、再热汽温、排烟温度、烟道烟温显著升高。省煤器泄漏时，其进出口热风温度及排烟温度降低，两侧烟温出现明显偏差；过热器泄漏时，炉膛负压和水位先升高后降低，过热器管壁温度升高，主蒸汽压力明显降低。再热器泄漏时则主蒸汽压力和水位保持不变，再热器压下降，而两侧排烟温度偏差增加。
3 产生四管泄漏的原因分析
（1）管子的制造、安装、检修焊接的质量不良，如采用异种金属焊接、焊口满溢、焊瘤、未焊透、气孔、裂缝等焊接质量问题，会使焊接部位产生应力集中，机械性能下降。锅炉安装质量问题如管排排列不均匀、烟气走廊较大、没有在过热器和省煤器迎风面和两端弯头布置防磨瓦等会降低承压部件的使用寿命。此外，受热面管子的拉钩、管卡、管夹等管排固定装置松动脱落造成管子与其周边机械零部件互相碰撞、摩擦而导致的机械磨损，检修过程中锯割、焊接、气割或修复管道时由于操作失误损伤到其他管道而没有及时发现或处理，造成管子的机械损伤也是四管泄露产生的原因之一。
（2）锅炉在运行过程中，一方面由于燃煤本身中还有大量的飞灰，另一方面，省煤器的管排十分密集，烟气中含有大量流速很高的飞灰粒子，这些粒子随着炉烟不断的冲刷受热面管壁，使省煤器、低温过热器、低温再热器等发生磨损，影响管子受热面的使用寿命。飞灰的存在还会引起受热面积灰，若不及时清理，将使管子局部传热效果降低，金属壁温降低，在350℃以下的积灰还能吸附SO2，导致管子的腐蚀加剧。
（3）锅炉给水中含有的钙、镁盐类杂质，它们在受热后产生了一系列的物理、化学变化，生成难溶的沉淀物，造成受热面结垢或悬浮在水中形成水渣，严重阻碍管壁的传热效率，使受热面金属壁温升高而过热，以至烧坏爆管。[2]
（4）锅炉受热面长期运行在高温环境中，会使四管表面金属的金相组织产生变化，引起金属材料产生缓慢的塑形变形，俗称为金属的蠕变，常表现为断口处无明显减薄的纵向破裂，金属显微组织中的碳化物形态逐渐变为球化状态，形成蠕变孔洞、蠕变孔洞链，甚至出现蠕变损伤。电站锅炉中，高温过热器、屏式过热器和高温再热器等较易出现金属的高温蠕变，必须引起高度重视。
（5）过热蒸汽器、再热蒸汽器长期工作在高温、应力、腐蚀介质下，管子外壁和内壁分别受到高温烟气和流动过热蒸汽的作用，产生高温氧化腐蚀，也就是通常所说的熔融盐腐蚀，高温氧化腐蚀可使受热面管材过热、变薄、老化，直至失效爆管，常发生在水冷壁管道。 （6）锅炉受压部件表面由于长期受到周期应力和应变的作用，导致疲劳裂纹产生、发展，并逐渐演变为疲劳损坏。根据疲劳损坏产生的机理可分为：腐蚀疲劳、低周热疲劳、热疲劳和振动疲劳等，疲劳损坏常发生在省煤器再循环管、安全阀管座、疏水管管座等附近区域。
（7）锅炉运行工况的影响，如发电机组负荷率过低、频繁启停，火焰中心调整不恰当，过滤停止运行后管子快速冷却等问题，对四管的使用寿命有着持续的影响，使承压管机械性能下降，增加了四管泄露的概率。
（8）其他造成四管泄露的原因还有：防磨盖板固定方式不正确、防磨盖板脱落、管子与防磨盖板的膨胀量不一致、管排固定装置松动、脱落等。
4 预防四管泄漏的措施
（1）在电厂锅炉安装施工前，首先要组织现场技术人员详细审查图纸，及时向设计单位反馈图纸中的问题，并跟踪问题的解决。设备进场后对设备进行严格、周密、细致的检查，对发现的技术缺陷及时向设计单位、生产厂商和监理反馈信息，共同协商采取有效的补救措施，严禁安装不合格的产品。安装过程中要及时收集、整理、归档所发现的问题，建立起准确完整的设备信息台账以及畅通的信息通道，为处理措施提供依据。
（2）建立健全防治锅炉寺观泄露检查制度，专项考核制度和激励机制，充分调动职工的责任心，明确运行人员、检修人员的岗位职责，建立完善的奖惩制度。加强可预见性管理措施，及时发现和消除设备的各种缺陷，如防止金属部件失效，建立设备技术档案，掌握设备部件的变化和损耗情况，根据已有的经验有针对性的提出防范措施。
（3）建立专业的金属监督管理人员队伍，避免由于检修、检查不到位及监督不力造成的事故。金属监督管理人员要定期对受热面进行变形、蠕胀和磨损情况进行检查，加强对长期存在过热问题的受热面进行监督和控制，定期对高温、低温过热器进行割管金相检验，仔细检查水冷壁管腐蚀、内壁结垢等情况，及时采取行之有效的处理措施。
（4）加强对原材料的监督管理工作，为防止使用错误的钢材和高温紧固件备品，使用前要对钢材进行光谱分析，对紧固件进行硬度复查，如需使用替代材料则必须经金属监督工程师同意。
（5）大力推广使用新技术、新方法增加设备使用寿命，完善防磨、防腐措施，如省煤器穿墙处、靠墙两侧添加防磨护板、水冷壁管外表面喷涂采用超音速新型防腐蚀材料等，安装锅炉炉管泄漏自动报警装置以便及早对锅炉炉管泄露的程度和区域位置进行测报。在高温受热面管子壁面金属中预埋热电偶以获取不同高度的管子壁面温度数据。[3]
（6）加强焊接管理，加强对焊接工人的培训工作，严格执行相关焊接检验制度，切实加强焊工自检、技术人员专检探伤人员探伤的检验制度。
（7）提高磨煤机加载压力，进一步降低燃煤煤粉细度，降低飞灰颗粒大小，锅炉运行时要合理控制调节烟气流速，尽量减小一次风压力运行，减小飞灰流速，降低磨损量。此外，还要及时做好吹灰工作，防止产生烟气走廊。
（8）锅炉运行时，要严格控制好各受热面壁温范围及锅炉的各项参数，做好运行调整，在锅炉燃烧和传热的前提下，控制好烟气流速、减少水平烟道处过量空气、严控炉膛负压，及时调整风量保持送风和引风的均衡。要根据根据燃煤的特性合理选择燃烧方式和调整燃烧角度，减少烟气中的飞灰含量、严格控制管壁温度、及时调整减温水量，减少管子特别是过热器管子的介质短路现象，避免风量过大或缺氧燃烧，严禁超温、超压运行，停炉检修期间，要采取妥善的防腐措施。锅炉启停严格按照启停曲线进行，当工况条件发生变化时，要加强监视和调整，并按照规定对各联箱及膨胀指示器指示做好详细的记录。[4]
（9）及时采取有效措施减缓或改善受热面的磨损情况，如果加装防磨瓦、涂抹防磨涂料、喷涂防磨层、在空气预热器上面加装防磨套管等，同时要定做检查受热面情况，及时发现易磨损部位的磨损状况。
（10）定期对锅炉进行排污，排除炉膛内的悬浮水渣和沉渣，经常性对受热面进行吹灰处理，保持受热面的清洁，防止产生炉内结垢、受热面积灰、结焦等现象。
（11）加强给水品质管理，严格控制炉水的pH范围稳定在9～11之间，有效控制管内的腐蚀，减少管内结垢，做好凝汽器的防漏、堵漏和防垢、防腐工作，定期采取热力除氧和化学除氧手段将给水中的氧去除，提高凝结水溶解氧和给水溶解氧的合格率。
（12）建立和完善质量监督管理制度，从企业管理部门、车间到班组都要严格执行，对不符合质量标准和工艺要求的项目严禁接收。
5 结语
由于锅炉四管泄露事故必须停止锅炉的正常运行后检修，锅炉设备的安全稳定对火电企业的安全生产起着决定性的作用。防治锅炉四管泄露的工作是电力企业长期的工作，要根据四管泄露的原因具体分析，切实加大人力、物力和精力的投入，提高各级人员的责任心，及时采取措施消除设备缺陷，保证锅炉机组的安全稳定运行。
参考文献
[1]王家璇.电厂热力设备及其运行[M].北京：中国电力出版社，1997.
[2]原素芳.火电机组锅炉受热面管爆漏情况分析及对策[J].华中电力，2004（1）：36-38.
[3]火力发电厂锅炉四管漏泄问题研究[J].四川电力试验研究所，1997.
[4]樊建人，锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理与计算[M].北京：科学出版社，2006.