淺談鍋爐四管泄漏和防磨防爆

1、淺談鍋爐四管泄漏和防磨防爆山東華能日照發(fā)電廠（276826） 范秀方【摘 要】通過(guò)回顧華能日照電廠一期鍋爐四管泄漏的原因和類型，分析鍋爐四管現(xiàn)階段存在的問(wèn)題，探討防磨防爆下一步工作的側(cè)重點(diǎn)，以達(dá)到最大限度地減少“四管”泄漏次數(shù)，提高鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性的目的?！娟P(guān)鍵詞】 鍋爐四管 泄漏回顧 現(xiàn)狀分析 防磨防爆探討華能日照電廠一期2×350MW機(jī)組兩臺(tái)鍋爐系西班牙FOSTER WHEELER公司制造，型號(hào)為FWESA1189.36/17.14-1型，為亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包鍋爐。鍋爐采用平衡通風(fēng)、直吹式制粉系統(tǒng)、懸浮燃燒方式。鍋爐結(jié)構(gòu)為單爐膛型無(wú)中間走廊全露天懸吊布置，

2、鍋爐水冷壁和尾部包覆過(guò)熱器均采用膜式結(jié)構(gòu)，水冷壁管在燃燒器區(qū)域采用內(nèi)螺紋管。鍋爐尾部豎井煙道由中隔墻將煙道分為前、后兩平行通（煙）道。爐前煙道布置初級(jí)過(guò)熱器和上部省煤器，爐后煙道布置整個(gè)再熱器，在中隔墻下面安裝有煙氣調(diào)節(jié)擋板，用以調(diào)節(jié)通過(guò)前、后煙道的煙氣流量，擋板下面為下部省煤器。16只燃燒器分四層布置在前墻，四臺(tái)磨煤機(jī)三運(yùn)一備，采用蒸汽吹灰。1 鍋爐四管泄漏回顧日照電廠1號(hào)機(jī)組于1999年9月15日投產(chǎn)，2號(hào)機(jī)組于2000年1月13日投產(chǎn)，至2006年12月已發(fā)生爆管泄漏27次，其中1號(hào)爐18次，2號(hào)爐9次。從設(shè)備上分，一級(jí)過(guò)熱器（包括頂棚、中隔墻、側(cè)包、后包）7次，高溫過(guò)熱器3次，低溫過(guò)熱

3、器4次，水冷壁8次，再熱器4次，省煤器1次。從泄漏原因上分，鰭片焊縫咬邊或燒穿等原始焊接工藝造成泄漏8次，結(jié)構(gòu)不良造成泄漏5次，彎管制造工藝不良造成泄漏6次，長(zhǎng)期超溫造成泄漏2次，吹灰蒸汽吹損3次，風(fēng)口帶灰吹損2次，氧化皮脫落堵塞1次。彎管是使用各種各樣的熱態(tài)或冷態(tài)定型彎曲工藝制作的，彎曲工藝會(huì)引起彎頭外側(cè)（外弧拱背）上的壁變薄及彎頭內(nèi)側(cè)（內(nèi)弧拱腹）上的壁變厚。有關(guān)研究表明，對(duì)于一個(gè)恒定的壁厚，彎頭的內(nèi)弧拱腹上的環(huán)向應(yīng)力大于遠(yuǎn)離彎頭的環(huán)向應(yīng)力，彎頭的外弧拱背上的環(huán)向應(yīng)力稍微小于遠(yuǎn)離彎頭的環(huán)向應(yīng)力。彎管制造工藝不良，彎曲半徑較小，在彎制過(guò)程中彎頭內(nèi)外弧處存在嚴(yán)重變形區(qū),在內(nèi)弧外表面產(chǎn)生周向折疊層

4、,在內(nèi)表面由于受到較大的彎管應(yīng)力和相變產(chǎn)生的組織應(yīng)力從而形成應(yīng)力腐蝕點(diǎn);在運(yùn)行過(guò)程中,由于溫度波動(dòng)所產(chǎn)生的熱疲勞和熱應(yīng)力共同作用,使管子內(nèi)弧表面腐蝕點(diǎn)產(chǎn)生微觀小裂紋,小裂紋逐漸擴(kuò)展造成泄漏。自2001年4月至2003年9月，水冷壁共發(fā)生在火焰監(jiān)視器開孔處泄漏4次，4次泄漏中有3次裂紋沿管子內(nèi)螺紋方向，位于管子彎弧側(cè)面，1次為彎管內(nèi)弧橫向裂紋。此部位由于是內(nèi)螺紋管，內(nèi)部的螺紋凹槽更難以彎制，且火焰監(jiān)視處有風(fēng)冷卻，溫差較大，會(huì)加速裂紋的擴(kuò)展。2005年5月15日、2005年10月30日1號(hào)爐后墻水冷壁折焰角下彎頭外弧面裂紋、鼻尖彎頭內(nèi)弧鰭片裂紋引起泄漏。該部位彎制應(yīng)力過(guò)大，彎頭與鰭片工作溫度或膨脹

5、系數(shù)存在差別，膨脹收縮會(huì)相互約束而產(chǎn)生附加的溫度應(yīng)力（即熱應(yīng)力）。在熱應(yīng)力作用下出現(xiàn)熱疲勞破壞產(chǎn)生細(xì)小的短裂紋引起泄漏。2003年12月25日發(fā)生的2號(hào)爐左側(cè)墻水冷壁冷灰斗斜坡二次風(fēng)口將前墻對(duì)應(yīng)管子吹爆和2004年1月25日的1號(hào)爐左側(cè)墻水冷壁冷灰斗斜坡二次風(fēng)口將前墻對(duì)應(yīng)管子吹爆都屬于爐底側(cè)墻邊界二次風(fēng)攜帶灰塵顆粒自風(fēng)口激流沖出，且風(fēng)口開口位置不當(dāng)，長(zhǎng)期沖刷磨損靠近側(cè)墻處第1、2根前墻水冷壁管子造成減薄泄漏。在這幾年的防磨防爆檢查中，對(duì)該部位也進(jìn)行了長(zhǎng)期跟蹤檢查，仍不同程度的發(fā)現(xiàn)風(fēng)口處管子被吹損的現(xiàn)象，措施除詳細(xì)檢查焊補(bǔ)外對(duì)風(fēng)口適當(dāng)抬高位置，避免風(fēng)向直吹管子。再熱器出口聯(lián)箱管座、中隔墻、省煤器

6、的幾次泄漏是由于結(jié)構(gòu)不良造成的。2000年10月6日、2001年9月27日#2爐再熱器出口聯(lián)箱最外圈管座泄漏，原因是保溫施工利用此管固定保溫支架，運(yùn)行中因聯(lián)箱膨脹與保溫支架膨脹不一致，使此管不能隨聯(lián)箱自由膨脹，在焊縫的熱影響區(qū)拉裂。這一原因造成了2號(hào)爐2次泄漏， 1、2號(hào)爐7個(gè)管座產(chǎn)生裂紋。膨脹不暢部件之間摩擦減薄泄漏，如2000年2月25日，1號(hào)爐省煤器中間聯(lián)箱下管排在運(yùn)行中軸向膨脹與相鄰煙道支撐工字梁摩擦減薄泄漏。1999年9月21日1號(hào)爐中隔墻基建安裝中臨時(shí)加裝的固定鐵片，運(yùn)行中管屏膨脹受阻造成了1次泄漏。這幾年的防磨防爆檢查中也發(fā)現(xiàn)了如28m再熱器入口聯(lián)箱疏水管與爐墻摩擦、省煤器入口聯(lián)

7、箱下管圈與鋼梁摩擦等類似缺陷，需要我們對(duì)各部位的膨脹量和間隙值比較了解，在檢查中認(rèn)真查找辨別摩擦或拉裂痕跡，進(jìn)行及時(shí)處理，預(yù)防泄漏發(fā)生。過(guò)熱器的泄漏中多是由于鰭片焊接不良造成的。其中2000年10月4日#1爐側(cè)包過(guò)熱器北側(cè)東數(shù)第一個(gè)聯(lián)箱西數(shù)第一根管（標(biāo)高49m）處泄漏、2002年4月5日，1號(hào)爐頂棚過(guò)熱器南數(shù)第95、96根管鰭片處焊縫發(fā)生泄漏、2002年5月19日1號(hào)爐頂棚過(guò)熱器北數(shù)第3441根管爆漏，分析認(rèn)為爆管是由于焊接質(zhì)量造成的,在進(jìn)行焊接鰭片的過(guò)程中由于焊接工藝操作不當(dāng)(如：電流過(guò)大或運(yùn)條速度太慢等原因)造成焊縫咬邊, 咬邊使壁厚減薄,強(qiáng)度下降,應(yīng)力集中,在運(yùn)行過(guò)程中由于熱應(yīng)力和疲勞應(yīng)

8、力的共同作用，使咬邊逐漸發(fā)展成裂紋,最后導(dǎo)致泄漏。2002年12月16日和2002年12月14日1、2號(hào)爐接連發(fā)生了2次因吹灰蒸汽帶水，對(duì)周圍的管子造成大面積吹損的情況尤其是#59、#60、#69、#70四個(gè)管子離吹灰器噴嘴相對(duì)距離較小的四個(gè)通道，吹損嚴(yán)重。吹損的原因分析為吹灰疏水溫度設(shè)定值較低，蒸汽過(guò)熱度不足，有帶水現(xiàn)象，由于吹灰蒸汽帶水使吹灰效果變差，增加了吹灰頻次，形成惡性循環(huán)，加劇了受熱面的吹損。在2002年4月在吹灰疏水改造中將疏水節(jié)流孔加裝手動(dòng)門并關(guān)閉，吹灰疏水量減少，吹灰過(guò)程中不能連續(xù)疏水，使疏水不徹底也是造成蒸汽帶水的因素之一。2002年6月19日低過(guò)發(fā)生了1次因吹灰器退不到位

9、，閥門未關(guān)閉，長(zhǎng)時(shí)間對(duì)管子固定位置吹掃造成泄漏。2004年7月17日、20日1號(hào)爐末過(guò)南數(shù)第7屏第2根管連續(xù)兩次發(fā)生過(guò)熱泄漏，最后分析認(rèn)定為氧化皮脫落而堵塞。在2005年委托西安熱工院做對(duì)1、2號(hào)爐高溫過(guò)熱器、高溫再熱器中不銹鋼管內(nèi)氧化皮進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)鍋爐中不銹鋼管內(nèi)氧化皮剝落、沉積的總體情況比較嚴(yán)重，檢測(cè)到氧化皮沉積的管子，高溫過(guò)熱器、再熱器占85以上；少數(shù)不銹鋼管中氧化皮堆積情況嚴(yán)重，堆積厚度達(dá)到管子內(nèi)徑的1/2，個(gè)別情況下達(dá)到了管內(nèi)徑的3/4。目前每年大小修對(duì)過(guò)熱器、再熱器奧氏體不銹鋼受熱面管氧化皮脫落沉積情況進(jìn)行檢測(cè)，均發(fā)現(xiàn)了不同程度的脫落現(xiàn)象。2002年12月1日，末過(guò)入口段北數(shù)第四

10、屏西數(shù)第七根末級(jí)過(guò)熱器管過(guò)熱爆破，檢查該部位其他管子，均有不同程度過(guò)熱現(xiàn)象，末級(jí)過(guò)熱器管子內(nèi)壁氧化皮較厚,達(dá)到0.7mm，金相分析，組織球化為3-5級(jí)，說(shuō)明在機(jī)組運(yùn)行兩年后，末級(jí)過(guò)熱器管的球化級(jí)別較高，管子外壁的脫碳層較厚，且在運(yùn)行過(guò)程中，末級(jí)過(guò)熱器管子存在長(zhǎng)期超溫現(xiàn)象。2002年12月21日，末過(guò)入口段北數(shù)第一屏西數(shù)第17根末級(jí)過(guò)熱器管頻繁超溫，檢查發(fā)現(xiàn)入口聯(lián)箱北數(shù)第一屏西數(shù)第17根末級(jí)過(guò)熱器管節(jié)流孔處有一焊瘤堵住管口約一半，對(duì)應(yīng)后面的管子也過(guò)燒嚴(yán)重，已變成紫黑色，氧化皮脫落嚴(yán)重。清理焊瘤更換超溫管段后運(yùn)行正常。2 鍋爐四管現(xiàn)狀分析自日照電廠1、2號(hào)機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)帶領(lǐng)鍋爐專業(yè)人員進(jìn)行

11、了大量的四管防磨防爆檢查治理工作，特別是2003年成立了三級(jí)防磨防爆小組檢查體系，外出收資取經(jīng)，修訂完善了防磨防爆管理制度，加大了獎(jiǎng)懲力度，極大的提高了三級(jí)小組成員特別是以班組骨干為主的一級(jí)檢查小組成員的積極性，查出并消除了大量的設(shè)備缺陷。針對(duì)存在的再熱器兩側(cè)管屏超溫的設(shè)備問(wèn)題，加大改造資金投入，更換了超溫嚴(yán)重的管屏，制作了超溫統(tǒng)計(jì)管理軟件并嚴(yán)格控制超溫。針對(duì)吹灰吹損受熱面的問(wèn)題，各級(jí)人員不斷積累吹灰經(jīng)驗(yàn)和摸索規(guī)律，優(yōu)化吹灰頻次，制定管理辦法，吹灰吹損現(xiàn)象得到有效控制。在2000年投產(chǎn)初期，鍋爐的爆管次數(shù)一年達(dá)到9次，通過(guò)鍋爐防磨防爆工作的逐步開展，設(shè)備狀況逐步好轉(zhuǎn)，取得了很大成績(jī)。在2006

12、年，2臺(tái)鍋爐實(shí)現(xiàn)了全年無(wú)泄漏，尤其是#2鍋爐取得了連續(xù)3年無(wú)泄漏的好成績(jī)。雖然泄漏次數(shù)有了減少，但從這幾年發(fā)生泄漏的類型及防磨防爆檢查中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題來(lái)看，由于煤質(zhì)變化和設(shè)備老化，鍋爐四管面臨著一系列新問(wèn)題，鍋爐的安全狀況不容樂(lè)觀。一是近年來(lái)由于受煤炭市場(chǎng)及煤質(zhì)的影響，各廠爐膛水冷壁的高溫腐蝕情況呈現(xiàn)較快發(fā)展趨勢(shì)。在2006年、2007年日照電廠鍋爐檢修防磨防爆檢查中發(fā)現(xiàn)了正對(duì)噴燃器的后墻及右墻后側(cè)水冷壁管高溫腐蝕嚴(yán)重，管壁減薄較重，腐蝕沖損最嚴(yán)重處管壁僅有3.0mm（原壁厚實(shí)測(cè)11 mm）。在2007年1號(hào)機(jī)組B修中因腐蝕減薄超標(biāo)更換管子125根，焊口261個(gè)，管子近800m，給當(dāng)時(shí)的檢修工作帶

13、來(lái)巨大的困難和啟動(dòng)后的安全運(yùn)行帶來(lái)了隱患。經(jīng)山東電力工業(yè)鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中心分析認(rèn)為，管子的失效主要以腐蝕和沖刷為主。腐蝕產(chǎn)物主要為氧化物和硫化物，其中硫化物含量約占19.31%。綜合分析認(rèn)為爐膛內(nèi)水冷壁管減薄原因?yàn)槭紫却嬖诟邷馗g，吹灰器吹灰加劇了水冷壁管的減薄，管壁表面的氧化膜在吹灰蒸汽的沖刷下脫落后露出新的金屬基體，新的基體易被氧化和腐蝕，新的氧化膜又被沖掉，如此腐蝕和沖刷反復(fù)交替進(jìn)行，形成沖蝕作用，大大加快了管壁減薄的速度。產(chǎn)生高溫腐蝕的原因一為煤中硫份高，高溫腐蝕速度與煤中含硫量成正比。二為后墻及右墻后側(cè)水冷壁周圍燃燒時(shí)為還原性氣氛，產(chǎn)生較多H2S氣體，H2S氣體對(duì)高溫腐蝕影響較大。

14、從修后西安熱工院燃燒調(diào)整試驗(yàn)分析中得知，低負(fù)荷時(shí)備用燃燒器的漏風(fēng)，導(dǎo)致運(yùn)行層燃燒器的缺氧燃燒使水冷壁壁面氣氛CO含量偏高，也是導(dǎo)致后墻高溫腐蝕嚴(yán)重的主要因素。二是從近幾年發(fā)生的四管泄漏類型來(lái)看，多為彎頭應(yīng)力集中產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展泄漏，有可能今后一段時(shí)間處于部件應(yīng)力集中缺陷的暴露期。在這幾年的大小修防磨防爆檢查中，利用了磁記憶手段也多次查出了應(yīng)力集中現(xiàn)象并提前采取了釋放應(yīng)力或更換管段的措施。由于這種裂紋是從內(nèi)向外發(fā)展的，人員宏觀檢查難以發(fā)現(xiàn)，即便是采用磁記憶手段，由于彎頭數(shù)量眾多，且受檢修時(shí)間和爐內(nèi)結(jié)構(gòu)條件限制，無(wú)法逐一排查，這是影響鍋爐安全運(yùn)行的一大隱患和難題。三是吹灰蒸汽吹損的范圍不斷擴(kuò)大。在這幾

15、年的防磨防爆檢查中發(fā)現(xiàn)，尾部受熱面吹灰通道內(nèi)的吹損范圍擴(kuò)展到了每排的第2、3根管子，防護(hù)瓦脫落偏轉(zhuǎn)的部位吹損嚴(yán)重，個(gè)別管子停爐后檢查發(fā)現(xiàn)已經(jīng)接近吹透。在2002年吹灰蒸汽大面積吹損受熱面時(shí)由于工期原因大量采用了焊補(bǔ)工藝，在磁記憶抽查中發(fā)現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象，令人擔(dān)心。雖然加強(qiáng)了吹灰管理，減少吹灰頻次，但由于每排的第2、3根管子無(wú)法加裝防護(hù)瓦，第1根管能夠加裝防護(hù)瓦的部位也由于數(shù)量眾多，難以確保無(wú)一偏轉(zhuǎn)脫落，且被吹損的管子不一定完全查找到且焊接質(zhì)量也無(wú)法確保，給以后的安全運(yùn)行帶來(lái)了隱患。四是煙氣走廊處的磨損和氧化皮脫落堵塞。再熱器入口聯(lián)箱等部位在檢查中相繼發(fā)現(xiàn)了煙氣變向沖刷磨損，均流板破損處形成煙氣

16、走廊沖刷管子，聯(lián)箱、導(dǎo)汽管防護(hù)膠泥脫落被沖刷等缺陷。隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，省煤器、再熱器、水冷壁、過(guò)熱器磨損所帶來(lái)的問(wèn)題會(huì)逐漸突出。由于氧化皮脫落無(wú)規(guī)律性且目前還沒(méi)有積極有效的防范措施，所以無(wú)法排除該隱患，通過(guò)加大檢測(cè)，針對(duì)性割管處理和運(yùn)行吹掃來(lái)防止堵管。3 鍋爐防磨防爆工作探討鍋爐防磨防爆工作，涉及鍋爐、金屬、化學(xué)、熱工、焊接等專業(yè)，聯(lián)系機(jī)組設(shè)計(jì)選型、制造、監(jiān)造、安裝、調(diào)試、運(yùn)行、檢修、監(jiān)督等過(guò)程和環(huán)節(jié)，是一種非常繁雜和專業(yè)性非常強(qiáng)的系統(tǒng)性工作。華能大連電廠鍋爐連續(xù)十幾年無(wú)泄漏，成為電站鍋爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的樣板廠，也歸功于擁有一個(gè)非常好的防磨防爆體制和系統(tǒng)，并很好運(yùn)作。華能日照現(xiàn)在雖然健全了防磨防

17、爆的體系，但需要進(jìn)一步完善運(yùn)作，更好的發(fā)揮其作用。一是冷靜全面分析設(shè)備存在的問(wèn)題，提出解決的措施和長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃。現(xiàn)對(duì)鍋爐受熱面仍具有較大威脅的主要有水冷壁腐蝕、應(yīng)力集中、吹灰器吹損受熱面、TP304管氧化皮脫落、末級(jí)過(guò)熱器再熱器兩側(cè)超溫問(wèn)題。隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)，尾部受熱面的飛灰磨損也將逐步加重。二是加大技改投入，針對(duì)設(shè)備存在的問(wèn)題尋求科研院所支持，加大設(shè)備改造力度。對(duì)于水冷壁腐蝕、氧化皮、應(yīng)力集中等問(wèn)題，積極聯(lián)系科研院所，全面分析影響因素，吸收利用先進(jìn)科技手段，提高對(duì)設(shè)備的診斷能力和防護(hù)水平，進(jìn)行預(yù)防性的檢查處理和制定改造優(yōu)化方案。如利用磁記憶和氧化皮檢測(cè)技術(shù)檢查設(shè)備內(nèi)在的問(wèn)題，利用壽命評(píng)估提

18、前對(duì)到限爐管進(jìn)行更換。對(duì)備用燃燒器漏風(fēng)與尾部煙道吹灰方式改進(jìn)等問(wèn)題，成立專題小組，通過(guò)攻關(guān)改造使影響降至最小。三是保持一個(gè)穩(wěn)定精干的防磨防爆檢查隊(duì)伍，本著少而精的原則配備檢查人員，在實(shí)際工作中做到“分工明確，責(zé)任到人，檢查到位、獎(jiǎng)懲分明” 。防磨防爆檢查小組成員分片負(fù)責(zé)，對(duì)查出的問(wèn)題按考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，同時(shí)，對(duì)沒(méi)有檢查出缺陷的情況也按規(guī)定進(jìn)行扣罰。在日常工作中“逢停即檢”，充分利用每次的停爐檢修機(jī)會(huì)進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取措施，防止或減少“四管”漏泄發(fā)生。四是采用可行的激勵(lì)機(jī)制，調(diào)動(dòng)并鼓勵(lì)檢查小組以外的鍋爐運(yùn)行檢修人員以及相關(guān)檢修隊(duì)伍參與檢查，利用個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和角度，全面細(xì)致的排查各個(gè)角落，不留死角。對(duì)個(gè)人及檢修隊(duì)伍發(fā)現(xiàn)的重大缺陷，按考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，并要求落實(shí)到人，不搞大鍋飯。所有獎(jiǎng)罰均當(dāng)場(chǎng)當(dāng)面兌現(xiàn)，這對(duì)參加檢修的人員是一極大的激勵(lì)和約束，充分有效調(diào)動(dòng)了他們的工作積極性，對(duì)防磨防爆工作也是有益的推動(dòng)。五是加強(qiáng)運(yùn)行和檢修管理。運(yùn)行控制汽溫、汽壓、壁溫，防止發(fā)生超溫、超壓對(duì)鍋爐受熱面造成永久損傷和破壞。由于啟停爐溫差變化大容易應(yīng)力集中，出現(xiàn)缺陷擴(kuò)展以及氧化皮剝落堆積，啟停爐應(yīng)嚴(yán)格控制升（降）溫升（降）壓率等鍋爐參數(shù)在允許范圍內(nèi)并嚴(yán)密監(jiān)視，合理吹灰，及時(shí)調(diào)整，防止鍋爐各參