锅炉“四管”失效的原因及预防控制措施

锅炉“四管”失效的原因及预防控制措施

李邦立

国家电投集团贵州金元绥阳产业有限公司发电分厂 贵州 遵义 563300

摘要：燃煤电站锅炉“四管”是指的锅炉水冷壁、过热器、再热器和省煤器，“四管”泄漏是造成机组非计划停运的主要原因，对机组的安全、稳定、经济运行威胁极大，本文介绍了电站锅炉“四管”失效的主要原因及预防控制措施。

关键词：四管泄漏；超温；腐蚀；预防；控制措施

引言

燃煤电站锅炉“四管”是指锅炉的水冷壁、过热器、再热器和省煤器。“四管”泄漏是造成机组非计划停运的主要原因，对机组的安全、稳定、经济运行威胁极大，因此如何做好预防“四管”泄漏工作时发电企业面临的重要问题。

一、锅炉“四管”失效的主要原因

（一）超温

   为了追求高效率现代电站锅炉普遍采用了高参数，主蒸汽温度达到540℃甚至更高，虽然采用了耐高温合金管材，在正常运行中已非常接近材料的耐温极限，温度的高低是影响金属材料长期安全运行的主要因素，为了经济效益多数电厂都“压红线”运行，将主蒸汽温度控制的较高，由于存在传热温差和热偏差现象，使金属材料超温现象时有发生，超温运行将对金属材料产生严重损伤，随着温度的升高，钢材的力学性能将明显下降，以121Cr1MoV为例。480℃下其抗拉强度是481MPa，当温度升高到560℃时，其抗拉强度急剧下降到379MPa，这就是说在原设计满足正常运行的管子，如果运行温度提高，其抗拉强度将下降，此时管子的厚度就可能不能满足所承受的应力而发生爆管，另一方面温度提高将加速金属内部组织的变化过程，组织变化的结果是金属的强度下降而导致损坏。超温分为长期超温和短期超温。

（1）短期超温的主要原因：

1　火焰冲墙，导致局部热负荷过高。

2　管内汽水循环不良，如管内积聚堵塞焊渣、小工具、铁锈等。

3　汽水分配不均匀，部分管路玄幻停滞或流量过低。

4　管内结垢，使管子传热效果变差，造成管子金属超温失效。

5　给水中断。

6　尾部烟道再燃烧。

（2）长期超温

1　烟气热偏差过大，局部管子热负荷超过设计值。

2　管内结垢轻微，长期传热热阻高。

3　局部热负荷较高，造成管子壁温高于其规定值。

4　管内冷却介质流量偏低。

5　受热面积灰、结焦

（二）应力损坏

   管材运行中承受的应力超过技术设计允许值，特别是长期交变应力对金属材料的损坏较大，在长期应力的作用下，将导致金属材料的失效，而且应力的大小直接影响钢材的蠕变、珠光体球化、石墨化过程，使材料组织性能下降。

（1）机械应力

1　金属材料膨胀不均，局部应力超标。

2　支吊架失效，管排形成局部应力超标。

3　水冲击产生温度热应力。

4　机械振动形成交变应力，如疏水管管道固定在钢结构上时，在集箱随炉体晃动过程中，疏水管根部形成机械交变应力。

5　管圈在加工过程中形成的残余应力未能完全消除。

6　检修过程中强行对口等不正常检修行为造成的应力。

7　超压运行导致的应力增加。

（2）热应力

1　在机组启动或停止过程中，温度变化超过规定值。

2　异种钢结构之间的连接存在较大的温差应力，尤其是不锈钢密封件与碳钢管之间的焊接处。

3　长期的温度交变，形成交变应力而造成疲劳损坏。

（三）飞灰磨损

飞灰磨损导致的炉管泄漏比例较大，由于炉内烟气中飞灰含碳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子，导致管子减薄，当管子减薄量达到其厚度的2/3时，强度降低，造成管子爆管。

（四）化学腐蚀

（1）高温下的氧化。火电厂高温金属部件在运行中与烟气、空气接触，会使金属表面发生反应，如锅炉过热器管的外表面与烟气接触，主蒸汽管与空气接触，在接触时与氧化金属化合成氧化膜，金属的氧化发展速度与温度、时间、气体介质成分、压力、流速、钢材化学成分、形成的氧化膜的强度等因素有关。

（2）硫的腐蚀

1　高压锅炉水冷壁管的管壁硫腐蚀，这种现象主要发生在锅炉燃烧区域水冷壁管的外表面，其主要原因有几个方面，首先是煤粉中黄铁矿燃烧受热分解处自由硫原子，其次是烟气中存在一定浓度的H2S和SO2，两者化合也会产生自由硫原子，自由硫原子与350℃的水冷壁管中的铁作用，发生反应生产FeS，硫化铁继续与氧发生反应生产四氧化三铁。

2　过热器的高温硫腐蚀。这种高温硫腐蚀是由熔融态的灰粘结在过热器壁上所引起的，由于沉积在过热器管壁上的灰中含有硫及碱性物，他们形成碱性复合盐，当温度在550-700℃时，复合硫酸盐处于熔化状态，和管子金属发生反应，造成管子腐蚀减薄。

（五）其他

（1）错用材质，由于设计不当、安装疏忽管材应用错误，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。

（2）焊缝泄漏。由于焊缝质量不良或缺陷发展形成泄漏。

（3）由于大块焦块或热说面固定销钉脱落而砸伤受热面、检修过程中误伤受热面以及因材质原始缺陷等造成泄漏。

（4）吹灰原因造成管子吹损，如吹灰器泄漏、吹灰器枪头离管子较近，吹灰器压力高，造成吹灰器管子附近管壁减薄，造成泄漏。

二、防止“四管”失效的控制措施

（一）加强设备管理

  建立完善的《四管防磨防爆管理制度》，将四管防磨防爆作为防止锅炉非停的主要措施，做到“四管”逢停必检，建立完善的设备管理档案，按照规范要求邀请有资质的单位对锅炉进行内部检验及外部检验，及时处理检验过程中发现的问题，保证设备的健康水平。

（二）检修管理

利用停炉机会，对“四管”状况进行检查，发现有磨损的管子做好记录，并进行相应的处理，对人工不能确定的磨损量的管子，进行测厚检验，对所有的高压焊口进行100%探伤检测，加强对焊接工作的监督。对于在磨损部位较大的区域，可采取增加防磨瓦等措施，防止管壁磨损较大，在易产生高温腐蚀区域采取防磨喷涂等措施。

（三）运行管理

（1）提高运行管理水平，严格控制锅炉过、再热器管壁温度，严格按照厂家说明书要求，控制管壁温度在规定范围内，防止管壁超温造成锅炉爆管。若管子存在超温的现象，利用现代化的技术水平，记录超温时间、超温程度、超温部位，在机组检修时，对超温部位进行重点检查。

（2）合理组织炉内空气动力场。利用停炉机会对锅炉燃烧器喷口检查，定期进行炉内空气动力场试验，保证锅炉切圆在正常范围内，防止烟气偏流，造成管子局部超温。

（3）加强对吹灰器管理。根据防磨防爆检查结果，适时调整吹灰器压力，防止压力过高，造成管子吹损减薄。

（四）加强化学监督

   在机组大修中，对汽包、水冷壁、省煤器、过热器、再热器等进行结垢量检查，加强水质的监督和停炉保养效果，以降低结垢速率，每次大修严格按照化学的意见割管分析检查内部腐蚀、结垢，并根据化学的监督意见进行换管。

（五）加强燃煤掺烧管理

    由于入厂煤品种繁多，入厂煤严重偏离设计煤种，灰份较大、热值低、硫份大等，对锅炉“四管”防磨、腐蚀产生很大的影响，加强入炉煤掺烧管理，严格控制入炉煤灰份及硫份。

三、结束语

   在火力发电厂生产过程中，锅炉设备的安全运行起着决定性的作用，由于锅炉“四管”失效事故必须停炉消缺，所以锅炉“四管”的长期安全运行时发电企业效益的基础，只要切实做好防“四管”失效的各项工作，才能使机组的安全稳定运行得到保证。

参考文献：

[1]陈文卫.火电厂锅炉“四管”泄漏的原因及预防控制措施[J].湖北电力,2017,06.

[2]刘志江.电站锅炉“四管”泄漏原因分析及新建机组应注意的问题[J].河北电力技术, 2005, 24(1):3.