关于锅炉“四管”泄漏的探讨

　　从锅炉水冷壁、再热器、过热器、省煤器四个重要受热面各自材质结构及工作环境、运行特点等方面着手，结合石横电厂锅炉运行的实际情况，对造成“四管”泄漏的原因进行全面分析，并制定了相应的防范措施，实施后“四管”泄漏现象得到了有效控制。
关键词：“四管”泄漏　应力集中　烟温偏差　材质　飞灰冲刷
      引言
      为了防止锅炉水冷壁、过热器、再热器和省煤器（简称四管）泄漏，减少锅炉非计划停运次数，提高锅炉运行的安全性和经济性，我们应坚持“预防为主”的方针，摸索“四管”爆漏的特点和规律。分析查找“四管”泄漏的影响因素并且制定有效的防范措施和改造方案，使锅炉处于良好的运行状态，最大限度地减少“四管”泄漏次数。
      1　“四管”泄漏原因分类
　　通过查阅石横发电厂以前关于“四管”泄漏的设备台帐及防磨防爆检查记录，并结合有关防止“四管”泄漏的技术资料，我们对影响“四管”泄漏的原因进行了统计分类，认为影响锅炉“四管”泄漏的原因有以下几方面，并且对各类原因进行具体的分析讨论：
(1) 应力集中
(2) 超温爆管
(3) 吹灰器吹损
(4) 机械磨损
(5) 飞灰冲刷
(6) 焊工的焊接质量
      2　“四管”泄漏原因分析及解决措施
      2.1　应力集中
      2.1.1　原因分析
　　产生应力集中主要是由于锅炉结构及机组启动中升温升压速率控制不好等原因造成的。在锅炉下部前后拱及左右侧墙之间的结合部分在锅炉启停过程中会发生膨胀不畅造成应力集中，拉裂管子。另外由于煤质原因使锅炉结焦严重，大焦下落使渣斗内的温度相对较低的水，被溅到底部水冷壁管壁上，造成该区域管壁热应力集中；机组负荷变化，炉膛热负荷变化速度大，使底部水冷壁产生热应力；机组启停炉时，炉膛内升降温速度过快，使水冷壁产生热应力。三种热应力的综合作用，使该区域的应力达到峰值，长期作用在此应力下就极易引发泄漏。
      2.1.2　措施
　　每次检修时对水冷壁前后拱和左右侧墙的结合区域及渣斗上方人孔门处进行仔细检查，检查工作主要包括：宏观检查水冷壁四角因膨胀不畅而易拉裂的部位；并对渣斗上方人孔门及前后拱容易产生热应力的区域用测量应力的仪器进行测量，检查应力集中是否超标；每次锅炉启动中做好水冷壁的膨胀记录，判断膨胀是否正常。
      2.2　超温爆管
　　我厂#1、2炉再热器曾经多次发生超温泄漏事故，且发生部位大多集中在炉膛的右侧。通过与上锅厂技术人员的共同协作，分析得出影响再热器超温爆管的以下几方面原因：
a. 炉膛出口处左右侧的烟温偏差，引起再热器超温爆管。
b. 12Cr2MoWVTiB(钢研-102)材质问题。
c. 再热器受热面面积过多。
下面对以上三条原因略作分析。
      2.2.1　对于炉膛出口处的左右侧烟温偏差
（1）原因分析
　　对四角切向燃烧锅炉来说，在炉膛内形成的旋转上升烟气流在到达炉膛出口进入水平烟道时，烟气流将由旋转运动变为直线运动，此时气流将以原旋转圆周的切线方向进入水平烟道内，这就使烟气流偏向于烟道的某一侧，形成了水平烟道左右侧的烟温偏差，从而导致左右侧的屏再和末再的巨大吸热偏差。对于逆时针的切向燃烧锅炉来说烟气流往往偏向水平烟道右侧，使右侧的烟气量和烟气温度均高于左侧，导致右侧传热强度高，传热温差大、使右侧受热面的吸热量增强，造成右侧汽温和管子金属壁温高于左侧，并最终导致右侧末再频繁超温爆管。
　　另外，一次蒸汽与二次蒸汽对温差热敏感性不同。一次蒸汽平均每吸收1 kcal/kg热量，温度升高为0.78℃，再热蒸汽平均每吸收1 kcal/kg热量，温度升高1.78℃。一、二次蒸汽二者相比，同样吸热1 kcal/kg热量，再热蒸汽温度变化要比过热蒸汽高2.3倍，因此当吸热量发生变化时，二次蒸汽温度的变化幅度远比一次汽大得多，二次汽对热偏差的敏感性亦比一次汽强得多，加上二次汽的对流放热系数较一次汽低，使再热器受热面金属壁温更高，更易产生超温爆管问题。控制循环锅炉由于调温需要，不得不将再热器布置于炉膛出口处，亦就是把对热偏差最敏感的再热器设置在烟温偏差最大的炉膛出口处，这是造成锅炉左右侧再热汽温巨大偏差从而导致再热器超温爆管的主要原因之一。
（2）措施
　　锅炉右侧的偏烧现象由于切向燃烧锅炉设计形式不能改变，偏烧不可避免的地存在，因此只能从管子材质方面着手考虑，即采用高规格管子材质，提高管子的耐温性能。经调研，在吴泾、沙角、嘉兴、外高桥工程的1025t/h锅炉上，以及其后的一大批配300MW机组的1025t/h锅炉上，均已广泛地采用了SA213 T-91 材料以取代12Cr2MoWVTiB材料，并且没有发生过再热器超温爆管事故，证明SA213 T-91 材料完全能胜任这一高温部件的工作。因此可以将我厂末再12Cr2MoWVTiB材质更换为TP304H（最外圈）和SA213-T91（其余各圈）材质。
      2.2.2　对于12Cr2MoWVTiB材质问题
（1）原因分析
　　早在六十年代初，为使我国电站锅炉制造事业向大容量高参数发展，根据我国矿产资源情况，要求研制出能用于工作温度为600～620℃的镍铬含量较低的耐热钢种,当时我国南方地区研制了12Cr3MoVSiTiB(П-11)钢种,但由于管子成材率低，管子强度数据亦偏低等原因，未能达到原先设计要求值，因此在七十年代末逐渐停止使用，代之以钢研-102材料。八十年代在引进300MW-600MW机组锅炉的过热器和再热器等受压件中决定采用钢研-102材料，在300MW锅炉设计中，末级过热器受热面管子金属温度在570℃左右，全部采用钢研-102材料，屏式过热器中，有部份管子金属温度在570℃左右，亦采用了钢研-102材料，经过多年使用，末发现有爆管等不正常情况。末级再热器中有部份管子金属温度在600℃左右，我厂也采用了钢研-102材料，这些采用钢研-102材料的再热器管，在投运2～3年以后，在末级再热器的高温部位均先后发生了多次爆管事故，经对末级再热器的钢研-102管材表面进行宏观检查，发现这些管材表面均存在着严重的氧化锈蚀情况，一般均有3～4层的氧化皮，每层厚度约在0.5毫米左右。实践证明钢研-102材料的高温抗氧化性能较差，未能达到研制时的性能要求，因此不宜用于600℃左右的工作温度。
　　对于切向燃烧锅炉来说，在再热器区形成的烟气侧偏差情况，应该说基本上是相同的，问题在于末级再热器所采用的材料，国外均采用了SA213  Tp-304H奥氐体的耐热不锈钢，该钢材的抗氧化温度可以高达704℃，所以从末出现过超温爆管等事故，这就说明既然烟气侧的偏差是难易彻底消除的，只要选用合适材料，同样可以保证锅炉爱压部件的长期安全运行。
（2）措施
同2.1.2措施
      2.2.3 　对于再热器受热面面积过多问题
（1）原因分析
      在1、2号炉的锅炉热力计算中，对于炉内换热计算，美国CE公司按照清洁炉膛计算，（炉膛沾污程度“dirty“值=0)计算结果，炉内辐射换热强烈，计算炉膛出口烟温较低为1005℃。但在实际运行中，根据电厂提供的煤质资料来看这些煤质在燃烧以后产生的烟灰，对炉膛水冷壁将有某种程度的沾污，使炉内辐射换热程度变弱，炉膛出口烟温的实际数值高于设计值（1005℃）使再热器区的烟温升高，传热温差加大，引起屏再和末再吸热量增大，再热汽温升高，从而导致再热器超温爆管。
　　对于锅炉设计计算，炉膛水冷壁沾污程度的严重与否，取决于燃料的煤灰特性，和炉膛受热面热负荷的高低（即炉膛容积大小）。对于燃用灰熔点温度t1、t2、t3较低，灰成份中易污染矿物质含量较多，以及煤的含硫量较高的燃料，容易引起炉膛水冷壁沾污。在我厂#3、#4炉的锅炉设计计算中，我们适当取用了炉膛水冷壁沾污程度dirty=55%，经计算后相应的炉膛出口烟温为1066℃和实际运行情况较吻合，由于#3、#4炉的炉膛出口烟温计算值高，再热器的计算受热面面积亦较#1、#2炉少，再加上#3、#4炉其他方面的改进，所以未出现再热器超温爆管事故，现将#1、#2炉和#3、#4炉的设计差异列表对比如下：

（仅列出影响再热器汽温的部份有关数据）
（2）措施
　　我厂的#1、#2锅炉因对炉膛传热计算中煤种的沾污系数数值取用不当，致使再热器和过热器的受热面积过多，使得运行工况的热力数据偏离原设计值较大，过热蒸汽和再热蒸汽的容易超温。经过热力计算决定减少末再及屏再受热面面积。
　　具体布置为末再的管屏高度从10.7m缩短至8.37m，内圈高度5.5m缩短至3m（见附图），节距排列均保持不变，计算受热面由1673m2减少至1290m2，约减少23%。对屏再受热面为避免绕管底部与炉膛鼻子斜坡的碰撞，可将管屏斜底，向上平移100mm，受热面变动很小，外圈管下底部材料可调换为T91。再热器受热面减少后，喷水大量减少，锅炉的燃煤量相应减少，热量重新平衡，对锅炉效率及排烟温度均影响不大。
      2.3　吹灰器吹损
      2.3.1　原因分析
　　通过历次大小修防磨防爆检查结果及爆管记录可以看出，吹灰器对受热面的吹损主要是由于以下几方面造成的:
a. 吹灰器内漏
b. 吹灰器不旋转
c. 吹灰器吹灰时带水
d. 吹灰器吹灰蒸汽压力过高
例如：2003年4月在#1锅炉15米E12吹灰器孔处发生蒸汽吹损造成的泄漏；在以前大小修防磨防爆检查中曾发现过长吹吹损后屏过热器最外圈、低温过热器水平段、省煤器竖直段的现象。
      2.3.2　措施
（1）大小修时宏观检查吹灰器孔周围的管子，对检查中发现的存在吹损的管子加装防磨罩，并对吹灰器进行检查检修；
（2）对内漏的吹灰器必须及时更换合格的DVT阀；
（3）对不旋转的吹灰器进行检修，修复或更换旋转电机及变速箱；
（4）加强对吹灰器疏水调阀的检修维护，保证其吹灰时能够正常开启进行疏水；
（5）调整各吹灰器的压力至规定范围（1.0～1.5MPa）
      2.4　机械磨损
      2.4.1　原因分析
　　由于管卡、支吊架松动，定位块脱落，在运行过程中与管子相互摩擦刮蹭，天长日久就会出现管子的磨损，这是管子尤其是再热器管子发生爆破的一个隐患。我厂曾出现磨损的部位是末再管卡处及低温过热器支吊架处。
      2.4.2　措施
　　对于#4炉末再出现的定位块脱落，管卡松动造成的管子磨损我们采取重新焊接定位块，调整管卡子的方法进行处理，并且加强在机组大小修过程中对管子支吊架及管卡等部位的检查。
      2.5　飞灰冲刷
      2.5.1　原因分析
　　飞灰冲刷主要出现的尾部受热面，烟气携带的灰份颗粒在尾部烟道中造成的冲刷最为严重，吹损部位主要是低温过热器、省煤器、低温过热器入口联箱、下部过热器环形联箱等。
      2.5.2措施
　　在大小修防磨防爆检查中加强对以上部位的重点检查，尤其是存在烟气走廊的部位；在低温过热器及省煤器U型弯处加盖防磨罩，联箱上方也应该加装防磨装置。
      2.6　焊工的焊接质量
      2.6.1原因分析
　　在“四管”缺陷处理过程中，可能由于焊工的焊接标准不高，使焊接质量达不到规定要求，焊后的质量检测不到位等形成以后在该部位发生爆管的隐患。
      2.6.2措施
　　加强对焊工的业务培训，提高焊接质量标准，严格执行焊接工艺要求，焊后探伤处理要仔细，确保不留事故隐患。
      3　结论
      在防止锅炉“四管”泄漏工作中，通过以上措施的实施，做到超前预测，加强预防，收到了良好的效果。再热器超温现象得到了有效控制；再也未出现过因吹灰器原因造成的管子吹损问题；尾部受热面等部位的冲刷减薄情况得到减轻。总之“四管”泄漏事故显著降低，机组运行的安全经济性大大提高。