“四管”泄漏原因浅析及防治

宜宾发电总厂锅炉专业公司(644600)  袁  刚

【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。本文简要分析了锅炉“四管”泄漏的原因，结合宜宾发电总厂近年来的成功经验提出了防止锅炉“四管”泄漏的综合技术措施。

【关键词】  “四管”泄漏  原因  防治

1  前言

       四川宜宾发电总厂总装机容量700MW，其中：豆坝电厂装机4台，容量300MW（2×50MW、2×100MW）；黄桷庄电厂装机2台，容量200MW（2×200MW）。

       豆坝电厂装有4台哈尔滨锅炉厂设计制造的高温高压液态排渣炉。＃1、＃2炉为HG-230/100-3型；＃3、＃4炉为HG-410/100-2型。黄桷庄电厂装有2台东方锅炉厂设计制造的超高压中间再热、自然循环液态排渣炉，型号为DG670-540/13.7-Ⅱ型。

       锅炉本体范围内的主要承压管件省煤器管、水冷壁管、过热器管、再热器管（以下简称“四管”）是火力发电厂锅炉的重要设备之一，分别承担着加热给水、蒸发给水、加热蒸汽、加热作功蒸汽的重要任务。在正常运行中，如果锅炉“四管”发生泄漏，就只有采取强迫停运而进行抢修。其泄漏严重影响了火力发电厂的正常生产，对发电厂以及电网危害极大，直接的经济损失为几十万及至上百万元。因跳闸进而停电造成用户的直接和间接损失就更大。“四管”泄漏严重威胁着火力发电厂机组的安全满发，“四管”隐患是火力发电厂机组的重大隐患。

       随杀四川及至西部水电网的不断扩展，大、中型水电站的不断建立，火电厂的生存不断受到冲击。今天，随着中国的入世，竞争日趋激烈，垄断行业的打破、电力行业的重组，给火电厂的安全运行提出了更高的要求。宜宾发电总厂1996年共发生“四管”泄漏16次，1998年发生2次，1999年发生1次，2000年发生2次。但在2002年12月至2003年11月这一年间，宜宾发电总厂共有22次不同原因的爆管事故。可见，防止锅炉“四管”泄漏，对于提高企业的经济效益、树立企业的形象、增大企业的竞争力，具有十分重大的意义。

2  原因浅析

       “四管”泄漏是指锅炉热交换受热面中的水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管四种受热面管由于过热、腐蚀、磨损等各种原因发生破裂的泄漏，导致炉管失效，引起锅炉事故停机。

       造成锅炉“四管”泄漏、爆管的原因主要有以下几方面：

       (1)长期运行中振动与磨损，主要是飞灰磨损，其次是机械磨损

       (2)制造、安装与焊接的影响

       (3)超温运行

       (4)运行环境影响

       (5)人为因素的影响

2.1  磨损是锅炉“四管”泄漏的主要原因之一

       磨损泄漏爆管主要发生在省煤器、低温过热器、低温再热器等烟温较低的尾部受热器上及喷燃器火嘴附近的水冷壁弯管。省煤器是很密集的管排，烟气在其中有较高的流速。如果炉烟中含有较多的灰粒，或在启动锅炉的过程中由于燃烧不xx而使大量煤粉随炉烟跑向尾部，都会加剧对省煤器的磨损速度。低温过热器、低温再热器的磨损一般发生在局部位置，对Π型布置的锅炉来说，靠炉坡墙的管子、管子的穿墙部位、管子弯头、管子与梳形卡的接触部位等处都可能存在磨损现象。

       引起磨损的原因有：

      (1)防磨盖板脱落

       尾部受热器的前几排管子直接地受到烟气灰粒的冲刷，因此前几排管子的磨损较后面管排严重；局部位置的防磨盖板因固定方式不正确（直接点焊于管子上），防磨盖板与管子的膨胀量不一致，在运行中易发生变形、脱落，未得到及时的恢复完善，受热面管子受烟气的直接冲刷磨损（称飞灰磨损）而减薄管壁，及至发生爆管。

       (2)局部烟速过高

       在安装和检修受热面管排时，受热面管子的节距以及受热面管排与炉墙之间距离不符合设计要求，在管排与管排之间或管排与炉墙之间形成局部“烟气走廊”，或局部管子出列造成受热面管子积灰搭桥，引起局部烟速过高，从而加大该部位管子的磨损。

       (3)炉墙密封不严

       炉墙密封不严而漏风，特别是穿墙管在穿墙处密封不严，漏风形成涡流，这样会也造成管子的局部磨损。而漏风也会使后面的烟气流速增加，从而加大后面管排的磨损。

       (4)实际燃用煤质的变化

       为降低发电成本和充分利用能源，煤粉炉广泛燃用劣质无烟煤。实际燃用煤种因多种原因与设计煤种不xx一致，偏离设计煤种，发热量低、灰分增加、挥发分降低，造成烟气中的飞灰浓度增加，同样也会加剧受热面管排的磨损。

       (5)锅炉炉型的影响

       我厂锅炉均采用Π型布置。这种型号的锅炉烟气在进入尾部烟道时要转弯，造成烟气气流分层，灰粒离析，从而加大了后墙处的磨损。

       (6)吹灰磨损的影响

       吹灰器的投入，会造成吹灰器区域的管壁磨损。我厂曾因吹灰器运行中机械卡涩，致使吹灰器汽源只往一处吹刷，使管子磨损爆破的事故。因此对吹灰器的正常维护检修尤为重要。

       (7)机械磨损

       管排固定装置的松动、脱落也会造成“四管”泄漏。如固定受热面管子的拉钩、管卡、管夹管松动脱落，使管子与管子之间、管子与管夹管之间互相碰撞、磨擦而磨损。当管壁减薄到一定程度时，在内压的作用下，管子发生爆破。1998年，黄桷庄电厂一起前大屏管夹管爆管事故。在检查时发现前大屏所有管夹管及与之接触的前大屏管都存在磨损。分析为管子与管夹管之间互相碰撞、磨擦而磨损。后将管夹管改道，至今前大屏管和管夹管都无磨损。

2.2  管子制造、安装、检修焊缝的质量是锅炉“四管”爆漏的第二大原因

       安装、检修焊接质量问题造成焊接部位产生应力集中和接头机械性能下降等，如焊口的咬边、满溢、焊瘤、内凹（塌腰）、未焊透、夹渣、气孔、裂缝（包括热裂缝、冷裂缝和再热裂纹等），致使焊口处成为薄弱部位而造成爆管。异种钢焊接部位也是易造成爆管的部位，会在焊接接头处因热胀差发生环向的破裂。水冷壁管的泄漏部位主要就发生在焊口位置。

2.3  管子的超温运行也是锅炉“四管”泄漏的重要原因

       过热超温爆管是由于管子在超温的情况下力学性能下降。管子在压力的作用下发生塑性变形（粗大的蠕变裂纹），以至爆破。我厂黄桷庄电厂#21、#22炉是东方锅炉厂生产的DG670-540/13.7-11型液态排渣炉，存在左右烟温偏差大和烟气流量偏差大的问题，炉膛出口左右烟气温度偏差{zg}达80~100℃。烟气温度高和流量大的一侧管子容易超温过热，管子因热应力的增大而缩短使用寿命或直接发生损坏。我厂豆坝电厂#3、#4炉屏式过热器就因过热超温出现了“球化”现象，这都造成锅炉“四管”泄漏的隐患。

       豆坝电厂#2炉在1999年的大修中,发现炉膛上方及屏过间的顶棚管在吊点间的管段下沉严重。在屏式过热器间搭架检查，发现甲往乙数第6屏过热器的甲侧{dy}根顶棚管向火面有一裂纹，裂纹周围有许多纵向皱裂，且管子胀粗严重；并且此管屏乙侧{dy}根顶棚管也有明显胀粗，表面有皱裂现象，侧得此管外径为42.3mm（此处管材为20Gφ38×4）。管子具有粗糙裂纹物征，减薄不多呈钝边，外壁有较多的受烟气腐蚀的短而粗的丝状应力腐蚀。金相分析表明：管子严重过热球化（向火面xx球化，背火面球化达6级），机械性能下降超标（抗拉强度实测为313.6MPa，标准为441MPa）。

       顶棚管过热器大面积超温过热胀粗，分析原因如下：热态启动并汽是造成顶棚超温的主要因素。豆坝电厂前几年为适应调峰运行，常对#1炉、#2炉采用夜间停炉不停机的运行方式（多数停#2炉。据统计，2#炉在1997年大修后采用倒暖管并汽启动共有44次），而白天启动并汽均采用在锅炉点火的同时倒暖管（即用运行中的1#炉蒸汽逆向流动暖管），大量逆流蒸汽使#2炉集汽联箱压力迅速升高，从而压挤#2炉自身产生蒸汽的排放，使过热器中蒸汽流速减慢，降低了热交换效果，造成过热器冷却效果变差，最终使顶棚管超温。#2炉启动初期由于疏水排放效果不佳，在管中形成水塞，也是原因之一。#2炉停后开疏水时间短也是造成顶棚管超温的可能因素。

2.4  运行环境的影响也促使锅炉“四管”易泄漏

       (1)机组的频繁启停、负荷率低，造成机组炉管和焊口金属

        疲劳，增加锅炉的爆漏几率。

       (2)火焰中心调整不恰当。一、三次风冲刷水冷壁管炉墙，管子减薄而发生爆管泄漏；火焰中心偏低，造成炉底温度高，一方面容易过热，另一方面也易产生炉底漏渣，从炉内漏出的高温炉渣包覆在底部水冷壁管与定排管上，使水冷壁炉底管、定排管形成短期超温过热，从而引起水冷壁炉底管和定排管的爆管泄漏。

       (3)停炉后快速冷却的影响。因目前电力形势的紧张，锅炉发生“四管”泄漏后均要求进行抢修，有时为了抢检修时间，不得不在停炉后进行快速冷却，造成对锅炉炉管的材质性能下降，有些虽然现在还没有显出来，但也给锅炉“四管”留下了隐患。

2.5  检修工艺的影响

       停炉检修中更换水冷壁管，一般对管子的焊口比较重视。但对鳍片管的焊接质量容易忽视，认为鳍片单面焊接就可以。更换水冷壁管后，对鳍片仅进行单面焊接，在锅炉运行后，由于水冷壁管与鳍片的膨胀系数不一样，容易造成水冷壁拉裂。

2.6其它原因

       (1)腐蚀爆管

       由于燃用煤种含硫量高、炉内燃烧工况差，燃烧区域内水冷壁管贴壁处煤粉缺氧，燃烧产生的还原性气体与受热面管子发生化学作用或电化学作用，造成管子减薄特别是焊口处凹陷（称高温腐蚀）而引起爆管泄漏；由于蒸汽含有杂质与受热面管子发生电化学作用，在管子内壁形成凹坑（称内腐蚀），该点管壁减薄，当不能承受蒸汽压力时就发生爆管。

       (2)设备老化

       我厂豆坝电厂#1~#4炉均已投运达30年及以上，受热面管子受持续应力和热变应力的作用，管子已达使用寿命。过热器管插座、包墙管插座等处多次发生泄漏。

       (3)锅炉发生爆管后，有时因种种原因未能及时停炉，泄漏出来的高速介质冲刷临近的管子而引起损坏，更进一步扩大了“四管”泄漏的范围。

       典型的例子是豆坝电厂#3炉侧包墙管爆管引发的低温过热器弯头大面积爆管的事故。2003年3月18日上午九时许，豆坝电厂锅炉运行值班人员发现#3炉甲侧包墙管联箱处有水汽冒出，就通知检修人员前来检查。检修人员检查后确定#3炉甲侧包墙管已爆管，遂要求运行值班人员马上停运#3炉以便消缺。豆坝电厂运行值班人员立即向调度中心提出申请要求停运豆坝电厂#3炉。由于四川全省电力负荷紧张，调度中心不同意停炉，要求豆坝电厂#3炉监视运行。十一时左右，豆坝电厂锅炉运行值班人员发现不能维持#3炉正常水位，被迫停炉。3月20日检修人员进入炉内检查发现：由于确认侧包墙管爆管后，没有及时停炉，从侧包墙管爆管处喷出的高速蒸汽冲刷了靠近侧包墙管的{dy}至第十二屏低温过热器管，并造成十五个低温过热器弯头受冲刷而爆管。

       (4)管子本身存在的缺陷引起锅炉“四管”的爆管泄漏

       (5)锅炉给水中含有杂质使受热面结垢引发爆管泄漏

       因为水中含有能结垢的物质—钙、镁盐类。产生了一系列的物理、化学变化。某些钙、镁盐类受热生成难溶的沉淀物；水温升高后，某些具有负溶解度的盐溶解度下降达到一定程度—过饱和状态后能从水中直接析出；水不断蒸发、浓缩，含盐浓度增大，超过饱和浓度后，也将沉淀析出。所析出的沉淀物可能有两种形式：一种是牢固地粘结在受热面内壁上，形成质地密实的沉积物—水垢；一种是悬浮在水中的松散沉淀物—水渣。某些水渣极容易粘附在水流缓慢或停滞的管子内壁上，经高温烘焙后，常转变成水垢。由于水垢的导热系数比钢材小几十到几百倍。所以管壁结垢会严重地阻碍传热。使受热面金属壁温升高而过热，以至烧坏爆管。

       (6)其它附属出现故障引起受热面爆管泄漏

       1992年7月，豆坝电厂#3炉连续发生两起高温过热器热段管子爆管的事故。在检查中发现高温过热器管排排列正常，过热器管子没有冲刷磨损的现象，但有部分过热器管子有过热现象。分析可能是#3炉二级喷水减温器出现了故障，使过热器发生爆管。同年9月，在#3炉大修中。抽出了#3炉二级喷水减温器的筒芯，发现减温器的筒芯断成了三节。事故原因明白了：由于减温器的筒芯断成了三节，用于冷却过热器的减温水在过热器的冷段就漏了，过热器热段管子得不到冷却，使过热器热段管子超温过热；减温器的筒芯掉在减温器的联箱内，使过热器热段管子内过热蒸汽流动阻力加大，带走热量减小，也是过热器热段管子超温过热的原因之一。

       (7)不明原因

       2002年11月黄桷庄电厂#22炉大修中更换了#22炉前墙、后墙及炉底水冷壁管。但该炉在2003年2月4日、3月18日、4月21日、5月2日、5月10日连续发生五次炉底水冷壁管爆管事故。检查发现炉底水冷壁管不明原因减薄，管子无过热、腐蚀、胀粗、冲刷磨损等现象。检查喷燃器切圆、倾角正常，做空气动力场试验合格，将管材送往东方锅炉厂作金相分析及力学试验均合格。

3  防止锅炉“四管”泄漏采取的措施

       锅炉“四管”泄漏严重影响了火电厂的安全生产。近几年来，我厂采取了多种行之有效的措施防止“四管”泄漏，取得了可喜的成绩：锅炉“四管”泄漏从1996年的14次下降到2001年的1次，从根本上保障了我厂的安全满发。

       (1)全面利用大修、技改工程、单项工程等机会对老化的磨损大的设备进行大面积的更换。豆坝电厂#1~#4炉省煤器管排全抽检查、#2炉顶棚管全换、#3炉包墙管插座更换、#3~#4炉炉底改无渣位运行；黄桷庄电厂#21~#22炉全大屏过热器管检查更换、#21~#22炉后包墙过热器更换、#21~#22炉前后墙水冷壁管全换等等，所有的更换工作都降低了锅炉“四管”泄漏的几率。

       (2)利用一切停炉机会对锅炉承压部件进行检查，发现缺陷的管子及时进行处理。特别是邀请省锅检站对锅炉进行内部检验，及时处理检验中发现的问题，保证了设备的健康水平。

       (3)完善防磨、防腐措施，采用新技术、新方法来增加设备的使用寿命。如省煤器穿墙处、靠墙两侧添加防磨护板，并补充完善管子上的防磨盖板，以加强防磨作用；水冷壁管燃烧区域内，特别是焊口位置，高温腐蚀严重，为防止高温腐蚀采用20G无缝管外表面超音速喷涂新型防腐蚀材料，取消已往的渗铝等防腐蚀技术，同时也解决了焊口位置容易发生高温腐蚀的问题。

       (4)进行空气动力场试验。严格检查喷燃器安装角度、切圆是否符合实际情况，必要时根据实际空气动力更换原设计倾角、切圆，严防一、三次风气流冲刷水冷壁管。

       (5)运行中加强燃烧调整，组织合理的燃烧工况和恰当的火焰中心，以减少高温腐蚀，减少烟气温度偏差和流量偏差。对前面提到的#2炉顶棚管过热器大面积胀粗运行应该采取如下的错施：对“两班制”调峰锅炉尽量不采用倒暖管并汽操作。如确实需采用时，则务必将倒暖管和升温升压在时序上分开（即先倒暖后点火）；启炉初期全开所有疏水，保证过热器疏水能及时快速排尽，避免水塞现象；延长停炉后疏水开启时间至50分钟；在顶棚管过热器上安装4个温度测点，在启炉时，严格控制升温升压速度，监视顶棚过热器壁温不能超过450℃。

       (6)加强化学监督，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。

4  加强技术管理与技术监督

4.1  进行压力容器登录

      对锅炉、汽包、压力管道等进行登记，及时掌握设备的健康状况，对设备存在的不安全隐患提出切实可行的处理方案，将可能发生的“四管”泄漏xx在萌芽中；对已发生的“四管”泄漏的原因进行仔细分析，提出预防措施以防止同类事故发生。在容易发生“四管”泄漏的位置，则进行重点检查。

4.2  加强大修全过程质量管理

       制订机组大修质量监督管理办法，建立与健全三级质量监督网络，严格执行厂部、车间、班组三级验收制度，实行质量一票否决制，凡是不符合质量标准和工艺要求的项目一律不予验收。必须返工在达到质量标准和工艺要求后才能通过验收。加强质量监督检查，设立多个H、W质量监督检查点。

4.3  对炉外高压管进行检查

       炉外高压管是以往所忽视的隐患点。相对于受热面管子，炉外高压管管径大、布置分散，工作环境不受高温及冲刷磨损的影响。长期以来，几乎没有怎么检查其管子的可靠性。但随着其它火电厂已发生过高、低省煤器连接管运行中爆破，造成多人死亡和受伤的重大事故。我厂已发生过因高加疏水管爆破而使运行人员微伤及被迫停炉的障碍以及事故放水管爆破而停炉的事故等等。随着此类事故的增多，我厂加强了对炉外高压管的重视，不断利用停炉机会对炉外高压管进行检查和更换，xx了设备的重大隐患。

4.4  锅炉规范性检验

       100MW及以上的机组大修中均委托省电力公司锅检站进行规范性检查，发现锅炉承压部件缺陷多处，均进行了处理。

4.5  加强化学监督

       在大修中，对汽包、水冷壁、省煤器、过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。

4.6  加强金属监督

       在大修、小修、停炉检修中，按常规检查项目对锅炉“四管”进行检查，检查的主要方法是目测与手摸。发现有磨损的管子作好记录，并进行相应的处理。对人工不能确定磨损量的管子，进行测厚检验。对所有新增高压管的焊口，进行探伤检查，加强对焊口的监督工作。

5  锅炉“四管”检查的方法与主要部位

       锅炉“四管”检查是防止泄漏的重要手段和措施，原采用的方法是多人进行短时突击检查。这样，由于检查人员的水平不一、责任心不一，且各人未承担明确的责任， “四管”检查起不到应有的作用。现在锅炉“四管”检查采取的是派出专人进行检查，每人有明确的检查范围，并在检查结果上签字，对因责任心不强，能够检查而未检查到的部位承担相应的责任。

       采取的检查方法，促进了检查人员的责任心，检查的主要部位，则可提高检查的技术水平，“四管”检查的部位如下：

5.1  水冷壁管

       燃烧区域内水冷壁管的高温腐蚀情况、磨损情况、胀粗鼓胀情况，炉膛人孔门管子、打焦孔管子的腐蚀、损坏情况，流渣口管子的腐蚀、过热情况，燃烧器附近水冷壁管的冲刷、损坏情况，水冷壁管抽样测厚检查。

5.2  省煤器管

       检查弯头、靠墙处、穿墙处的磨损、腐蚀情况；检查防磨装置是否变形、脱落；省煤器吊挂管检查与低过、低再管子接触部位的磨损情况；省煤器管抽样测厚检查；检查省煤器管排的排列情况。

5.3  过热器管

       检查低过、低再弯头与后包墙管、中隔墙管、前包墙管接触处的磨损情况，检查前包墙管与中隔墙管联箱之间的联络管；检查过热器管排靠墙处是否存在局部烟气走廊；检查屏过、全大屏过热器管夹管与管子接触处的磨损情况；过热器管抽样测厚检查。

5.4  再热器管

       检查再热器管与省煤器吊挂管接触处的磨损情况，检查高再管子位于吹灰器处的冲刷情况，再热器管抽样测厚检查。

6  结束语

       在火力发电安全生产过程中，锅炉设备的安全运行起着决定性的作用。由于锅炉“四管”泄露和爆管事故必须停炉消缺，所以锅炉“四管”安全运行与否是整个火力发电安全生产的重中之重。锅炉“四管”检查没有捷径可走，只有实实在在地投入大量的人力、物力和精力，采取应修必修、修必修好的态度，才能保证锅炉“四管” 设备的安全。锅炉“四管”的安全，关键在于我们投入多少人力、花多少时间。只要切实做好“四管”检查工作，锅炉机组的安全稳定运行才能得到保证。

参考资料：

[1]  DG-1000t/h炉水冷壁爆漏原因浅析，尹民权等，山东电力技术，1999.5。

[2]  顶棚过热器大面积过热胀粗和处理，黄继革，四川电力技术，2000年第4期。

[3]  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，樊建人等著，科学出版社。

[4]  锅炉及辅助设备，王铣庆等著，劳动人事出版社。