电站锅炉“四管”防磨防爆技术管理

2024-12-17 15:50:52 作者：腐蚀与防护来源：腐蚀与防护分享至：

锅炉过热器、再热器、水冷壁及省煤器（简称“四管”）的爆破泄漏事故一直是火力发电厂关注的焦点问题，更是导致非计划停机的主要因素。虽然现在的锅炉设备采取了很多预防措施，但是随着旧机组服役时间的增加及新机组参数的提高，这类事故仍有逐年上升的趋势。

做为保障发电机组稳定经济运行和电网安全的重要手段，锅炉“四管”的防磨防爆便更加受到各方重视。防磨防爆工作是一个综合、系统的工程，涉及锅炉、金属、化学、热工、焊接等专业。

因此，锅炉“四管”的防磨防爆是火力发电企业技术工作的重中之重。

本文从技术管理的角度，就锅炉“四管”爆漏机理及失效特征、“四管”防磨防爆措施、近年来超（超）临界机组运行中出现的新问题等方面进行了分析，并提出了切实可行的技术管理经验。

“四管”爆漏机理及失效特征

“四管”爆漏的原因包含设计、制造、施工、检修、运行、管理和煤种等诸多方面，并且各种爆漏事故往往不是由单一因素造成，而是几个因素交互作用的结果。

1. 超温过热

超温过热爆管分为短期超温和长期超温。主要发生在锅炉的高温对流过热器及高温再热器管段上，但当点火时炉火、汽温控制不严和尾部烟道再燃烧时，低温过热器管和省煤器管也会存在超温过热现象。

短期过热是指当管壁温度超过材料的下临界温度时，材料强度明显下降，在内压力作用下，发生的胀粗和爆管现象。短期过热按过热程度分为瞬时过热爆管（温度在A_c3 以上）、短期直接过热爆管、小鼓包爆管。

短期过热爆管的特征为管径有明显胀粗，管壁减薄呈刀刃状；爆口较大呈喇叭状，典型薄唇形爆破；爆口周围管材硬度显著升高。

长期过热是指管壁温度长期处于设计温度以上而低于材料的下临界温度，超温幅度不大但时间较长，管子力学性能急剧恶化，导致在最薄弱部位发生脆裂的爆管。长期过热根据工作应力水平可分为高温蠕变型、应力氧化裂纹型和氧化减薄型。

长期过热爆管的特征：管径没有明显的胀粗，管壁几乎不减薄；一般爆口较小，断口呈颗粒状，爆口周围存在纵向开裂的氧化皮。

2. 磨损

磨损爆管的特征为断口处管壁减薄，呈刀刃状；磨损表面平滑；金相组织无变化；管径一般无变化。磨损主要分为吹灰器蒸汽吹损、机械磨损及烟气飞灰磨损。

● 吹灰器吹损

吹灰器内漏、吹灰器不旋转、蒸汽带水、蒸汽压力过高、喷嘴进入炉膛的距离不足、枪杆与受热面的不垂直等都容易造成受热面管子吹损。发生在吹灰通道附近的锅炉“四管”上。

● 机械磨损和损伤

管卡、支吊架松动；定位块脱落；定位管、夹持管膨胀；管子弯曲出列等造成管卡与管子、管子与管子金属间粘着磨损。主要发生在过热器及再热器管段，在冷灰斗的水冷壁管段还容易发生炉膛落渣磨损。

● 飞灰冲刷产生的磨粒磨损

飞灰冲刷主要出现在对流受热面，烟气携带的灰份颗粒在尾部烟道中造成的冲刷最为严重。

3. 腐蚀

虽然腐蚀爆管比例较低，但由于其具有突发性和不可预测性，一旦发生，往往造成大面积的受热面损坏。腐蚀爆管的特征为管壁产生点状或坑状腐蚀，腐蚀形状为典型的贝壳状；腐蚀区的金相组织不发生变化；裂纹为横断面开裂，爆口宽而钝。依据腐蚀的机理可分为水侧腐蚀和烟气侧腐蚀。

水侧腐蚀主要指氧腐蚀、垢下腐蚀、氢损伤等。氧腐蚀（点蚀）容易发生在省煤器、过热器及再热器管段；垢下腐蚀主要发生在水冷壁和低温过热器管段；氢损伤主要出现在水冷壁管段。

烟气侧腐蚀主要是低温硫腐蚀和高温硫腐蚀。低温硫腐蚀主要发生在省煤器管段；高温硫腐蚀主要发生在水冷壁、过热器及再热器管段。

4. 热疲劳

热疲劳是指锅炉管受锅炉启停引起的热应力、汽膜的反复出现和消失引起的热应力及由振动引起的交变应力作用而发生的疲劳损坏。热疲劳爆管的特征为从外表向里发展的环形裂纹；以横向裂纹为主的龟状裂纹；裂纹短而粗，且裂纹中充满腐蚀产物的楔状裂纹。

造成热疲劳的原因有：炉膛使用水吹灰，管壁温度急剧变化，产生热冲击；超温导致管材的疲劳强度严重下降；基本负荷机组参与调峰运行，频繁启停和变负荷运行。主要发生在锅炉“四管”上。

“四管”防磨防爆经验对策

1. “四管”防磨防爆小组形成例会制度

每月定期召开“四管”防磨防爆小组工作会议，通报近期“四管”防磨防爆检查情况、吹灰器等相关设备维护情况、受热面焊口及无损检测情况，对发现的异常进行分析；对入炉煤质情况、锅炉运行汽温情况，炉水水质记录情况进行通报；公布奖励及考核内容，并对下阶段防磨防爆工作进行统筹安排。

及时召开“四管”防磨防爆专题技术会议，进行技术攻关。分析设备存在问题，制定针对性措施和长远规划；加强案例分析学习，汲取经验，提高专业技术水平。

2. 逢停必检、分区域落实责任

在“人”的方面，通过专项培训，使检查人员能够很好地掌握防检工作的管理方法和工作经验。

在“机”的方面，检查人员配备必要的照明、测量、标记、记录、拍照工具。

在“环境”的方面，用高压水对受热面冲洗，可避免检查遗留死角。

在“制度及管理”方面，“四管”防磨防爆小组成员，尽可能全员参与防磨防爆检查活动。按照受热面结构和方便工作的原则划分责任区。根据检修工期的长短安排2～3次交换责任区进行互查，防止出现漏检。最终，小组成员群体再进行一次全面普查，充分发挥多人、多视角、多思路的检查优势。对于检查出的缺陷，以任务书的方式安排分析、处理，以便追溯，形成闭环管理。

3.建立健全“四管”技术台账

完善对设备的监督和技术管理，以便总结“四管” 爆漏的规律性，积累技术监督和管理经验，把握重点防治部位，提出有效预防措施。

4. 加强吹灰装置维护

保障吹灰器的俯仰角度适宜，防止吹灰系统凝结水淋淌到炉墙管子上，导致炉墙管子热疲劳失效。根据入炉煤质、锅炉排烟温度情况，积累各个烟温区域吹灰器蒸汽流量、吹灰时长、频次和吹灰效果的经验数据，确定最佳吹灰方案。

5. 重视汽、水品质、加强超温考核

做好汽、水品质监督，重点抓好防治凝汽器泄漏、精处理的投入（100％）和溶氧问题。

运行人员规范操作、合理控制参数，防止出现风速过高、热负荷过分集中、火焰偏斜、燃烧中心不合适、烟温偏差过大等问题导致的结焦、高温腐蚀和对流受热面超温等事件。

超（超）临界机组运行中出现的新问题

1. 高参数、大机组锅炉“四管”防磨防爆难度增大

● 锅炉温度和压力参数提高，蒸汽温度达到钢材的高温氧化临界值，使得过热器及再热器的高温段极易产生蒸汽侧高温氧化腐蚀，从而导致氧化皮脱落堆积。因此，氧化皮剥落、堵管、爆管的防治已成为业界关注的焦点。

● 大机组锅炉必须考虑均流问题，若过热器节流孔设置不合理，容易导致锅炉管子温差过大，局部管子超温运行。

● 压力高，管子壁厚增大，焊接应力和结构应力增大，易产生低周疲劳失效；管子内径小，汽水循环脆弱，管内异物容易造成管子超温、过热乃至爆管失效。

● 炉膛尺寸和部件尺寸明显增大，在高温作用下，各类部件的膨胀量增大，结构应力必然增大，也易产生低周疲劳失效。

● 锅炉受热面布置密度大，受热面结构复杂化，管子之间的碰磨的可能性增加，烟气粉尘产生的冲刷磨损问题也复杂化。

2. 配煤掺烧，“四管”爆漏几率增大

近年来，在煤电联动不协调、高煤价压力下，火力发电企业不得不燃用大幅度偏离设计的燃煤，甚至掺烧劣质煤。燃煤种类和品质超出范围，势必会造成燃烧不稳，参数波动大，在过大的热应力冲击下引发锅炉“四管”疲劳损坏。燃煤的发热量高，灰熔点较低，造成炉膛结焦，水冷壁腐蚀减薄；发热量较低，灰分及煤矸石等杂质含量高，受热面管磨损加剧；含硫高，水冷壁管高温腐蚀严重。因此，应加强和完善入炉煤质的配比和预报管理，使运行人员了解实际燃煤的特性，比如灰熔点、灰份、挥发份、含硫量等，及时调整优化运行参数和配风策略。

结束语

（1）掌握锅炉“四管”的爆漏原因和爆管的失效特征，有助于加强电厂的金属技术监督工作,以便在防磨防爆检查时，提前消除隐患，能够有效减少锅炉“四管”的爆漏。

（2）防磨防爆技术管理是个系统工程，只有建立防磨防爆体制，重视运行的规范操作和精确控制，重视设备的更新改造，规范细致地开展防磨防爆检查工作，才能逐渐提高锅炉设备的健康水平，将锅炉“四管” 泄漏降到最低。

（3）随着超（超）临界机组的运行，新材料、新结构、新工艺的应用，涌现出了大量的新课题，防磨防爆技术管理需不断的更新检查工艺和方案，杜绝检查死角，并加强人员的技术交流，才能满足防磨防爆工作日益提高的技术要求。

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