锅炉受热面泄漏原因分析与防范措施

2023年12月13日发(作者：培养专注力)

锅炉受热面泄漏原因分析与防范措施

摘要：火电厂锅炉受热面泄漏是造成发电机组非计划停运的重要原因，是长期困扰火电厂安全生产的一大难题，本文主要分析了水冷壁、省煤器、过热器和再热器泄漏问题的原因，并对常见的、泄漏问题提出了相应的措施。

关键词：四管泄漏 原因 调整 防范措施

0.引言

所谓锅炉“四管”是指锅炉水冷壁、过热器、再热器和省煤器。锅炉四管泄漏漏事故占锅炉机组非计划停运次数的70

%以上。近几年锅炉承压部件泄漏事故的发生又呈现出上升的态势。

1.爆管原因

锅炉受热面是锅炉的主要传热元件，由于锅炉四管处于非常特殊的运行环境中，承受高温、高压、腐蚀以及应力等多种影响，工作条件十分恶劣。仔细分析爆漏的原因，其中有烟气流通部位设计、炉管腐蚀、焊口质量问题、长期运行过热磨损、运行操作控制不当导致炉管热疲劳等主要原因。

1.1设备本身原因

1.1.1过热损坏

过热总是与泄漏现象紧密相连的。过热可分为长期过热和短期过热两种。长期过热是一个缓慢的过程，由于蠕变变形而使管子爆破；而短期过热则往往是一个突发的过程。由于爆破过程不同，短期过热与长期过热在爆口的变形量、爆口形状以及爆口组织变化上都有所不

同。短时过热爆管多数发生在中高压锅炉的水冷壁管，有时锅炉运行不正常时，屏式过热器也会发生短期过热爆管。

1.1.2飞灰磨损

飞灰磨损主要发生在省煤器及对流过热器的弯头处。影响磨损的因素很多，其关系式为：

T=Cημτω³

式中：T为管壁表面单位面积的磨损量，g/m²；C为考虑飞灰磨损性的系数，与飞灰性质及管束结构特性有关；η为飞灰撞击管壁的几率；ω为烟速，m/s；μ为烟气中的飞灰浓度，g/m³；τ为时间，h。

由上式可知，飞灰速度的影响是很大的，所以控制烟气流速可以有效地减轻磨损，但考虑烟气流速过低会使对流放热系数降低。以致增加了需要的受热面，不经济；同时烟速过低还会引起积灰与堵灰，故烟速一般控制在8-10 m/s。

1.1.3烟气侧的高温腐蚀

在炉膛烟气区域，易熔化合物会在管子表面发生凝结，产生积灰。高温积灰所生成的内灰层中含有较多的碱金属.熔化或半熔化状态的碱金属即硫酸盐复合物，对过热器和再热器管子会产生强烈的腐蚀。这种腐蚀大约在540-620℃时发生，温度越高腐蚀速度就越快。复合硫酸盐主要是燃料中的碱性氧化物Na20和K20与烟气中的SO3、Fe2O3，化合形成的。它在550-710℃温度范围内呈液态，液态的复合硫酸盐对管壁有强烈的腐蚀作用，尤其在650～710℃腐蚀最强烈。这种腐蚀大多数发生在高温级过热器和再热器的出口管段，集中在管子迎风面并与气流方向成30°～100°夹角的部位。实质上是Fe的氧化过程。

1.1.4碱腐蚀

碱腐蚀是通过强碱的化学作用，使管内壁面的Fe304.保护膜遭到破坏，而后使金属基体遭到进一步氧化的一种化学腐蚀。对于苛性钠(NaOH)，它通过如下反应：

4NaOH+Fe3O4-->2NaFeO2+Na2FeO2+2H20

使Fe304保护膜遭到破坏，露出的铁直接与NaOH发生化学反应.使金属表面不断腐蚀。碱腐蚀与水处理方法关系很大，氢氧化钠处理法是添加NaOH将pH值保持在10-11范围内。并用磷酸三钠来除去硬度的方法。该方法的缺点是固体物质较多，它们附着于管内表面造成碱浓缩，产生碱腐蚀的危险很大。碱腐蚀一般发生在水冷壁的高温区，或者由于结垢和局部阻碍物造成的局部过热区。

1.2人为原因

1.2.1焊接问题

新机组在制造、安装中遗留有较多的焊接质量不良缺陷以及错用钢材和管内留有异物等，以致在运行初期即引起大量的“四管”爆漏事故。

（1）制造、安装受热面管子时，焊缝缺陷在高温运行中会发生扩展，引起损坏，造成泄漏。其中，裂纹的危害最大，它降低了焊接接头的强度，并在裂纹端部造成应力集中，导致受热面管子在运行中破坏。

（2）错用钢材，对于被错用的低等级钢材来说，实际上是一种强制性超温运行。

（3）新建机组或大面积更换受热面管排时，不慎遗留或落人异物造成管系介质流通不畅，引起局部过热爆管。

1.2.2设计结构不合理

(1)部件设计结构不当，如水冷壁管定位筋板、过热器和再热器管排定位卡结构不合理，高温下相对膨胀不畅或相互碰磨。

（2)过热器和再热器系统布置不够合理，对流过热器和再热器的下弯头未装防磨护板，直接受到炉膛出口烟气的高温冲刷而超温爆管。

（3）过热器和再热器的调温手段欠佳。摆动喷燃器运行中摆不动；过、再热器的烟气调温挡板开关不灵活、调节滞后。

（4）炉膛的热力计算不够准确，炉内空气动力场分布不尽合理或实际煤种与设计燃煤差异太大，炉膛出口烟温过高或磨损过大。

(5) 省煤器和过热器弯头设计布置未充分考虑燃料灰分的磨损。

1.2.3运行控制不当

（1)在启动、调负荷和燃料质量变化后，调整不当，引起瞬间超温。

（2)吹灰器使用不当，引起受热面被磨损。 （3)给水品质不合格，凝汽器泄漏水质被污染，化学化验工作未及时认真进行。

(4)停用锅炉保养不良，引起锈蚀。

(5)运行人员素质不高，热控监测手段不完善，发生误判断、误操作。

2.

改进措施

四管爆漏事故多，不仅对机组的稳定运行构成了严重威胁，影响发电指标的完成使经济效益降低，而且还直接影响到电网的正常调度。因此，必须给予足够的重视。

2.1抓好新机组在制造、安装过程中的质量工作

(1)在制造及安装中，锅炉承压部件所使用的管材必须符合国家标准和部颁标准。而且在安装及更换时，必须验证钢号，防止错用。

（2）加强焊接管理，严把焊接质量关。认真制定焊接工艺，焊接操作时严格按工艺进行。所有焊口都要进行100%的无损探伤，不合格焊口必须返工。

（3）改进过热器、再热器系统的结构布置，避免热力偏差和水力偏差的叠加，防止局部管段超温。采用内螺纹管或加装扰流子，防止传热恶化。

（4）改进调温手段。从设计结构上保证在运行中能正常摆动调温火嘴：主蒸汽用喷水调温时，一般不少于两级，减温器联箱与内衬套管之间应固定牢固并允许有相对不同的膨量。 （5）机组大修后坚持按高标准进行锅炉热力试验，空气动力场分布试验，磨煤机特性试验，一、二次风标定试验，合理组织炉内燃烧工况。

2.2防治结合，做好四管的检查维修工作

(1)应按“检修规程”、“金属监督规程”等规定，认真执行对设备的预防性检修和检查试验工作。

（2）充分利用各种检修机会，坚持逢停必查，有计划有重点地对烟气流速高、过热器、再热器管高温区弯头、管卡、省煤器弯头管排、联箱内部、喷燃器附近、吹灰器附近、冷灰斗处等部位采取查、摸、测等办法，全面开展四管防爆的预防性检查。

3.强化运行管理，确保锅炉正常运行

为了防止锅炉受热面泄漏和爆破事故的频繁发生，在生产运行方面应做好如下工作：

(1)严格控制锅炉参数和各受热面壁温在允许范围内，防止超温、超压、满水、缺水等事故的发生。锅炉启停阶段及变工况运行时严格控制参数，防止发生参数大幅度变化及管壁发生超温现象。

（2) 严把化学技术监督关，保证良好的汽水品质。按锅炉停用时间长短采取不同的停炉保养措施。

(3) 加强燃烧调整，防止发生火焰偏斜、贴壁、冲刷受热面等不良情况。合理控制风量和风量的分配，避免风量过大或缺氧燃烧。

(4) 锅炉的结渣应及时进行吹灰和清除，防止形成大渣块后落下砸坏冷灰斗水冷壁管。 （5）加强吹灰管理，制定合理的吹灰程序，参数和吹灰周期，避免发生由于操作不当或吹灰设备存在缺陷而造成的受热面吹损。

防止锅炉四管泄漏和爆破是一项长期而艰巨的工作。随着锅炉运行时间增加，设备不断老化，工作难度更大。必须不断分析新情况，坚持以科技进步为目标，技术监督为手段，持之以恒地综合防治，才能持续奏效。

参考文献：

[1]范从振.锅炉原理[M]北京：中国电力出版社.2000.

[2]姜锡伦.锅炉设备及运行[M].北京：中国电力出版社，2006.

[3]吴非文.火力发电厂高温金属运行[M].北京：水利电力出版社，1979.

[4]湖南省电机工程学会.火力发电厂锅炉受热面失效分析与防护[M].北京：中国电力出版栏，2004.