鍋爐四管泄漏的研究與預(yù)防

高建強(qiáng)

（酒泉鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 概述

嘉峪關(guān)宏晟電熱公司承擔(dān)著酒鋼集團(tuán)公司電力生產(chǎn)和動(dòng)力產(chǎn)品的供應(yīng)，是集團(tuán)公司降低生產(chǎn)成本和穩(wěn)增長(zhǎng)的主要單位。

為了降低發(fā)電成本、提高發(fā)電量，鍋爐基本處于長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)行狀況，而鍋爐的“四管”長(zhǎng)期處于高溫、還原性氣體氣氛、飛灰沖刷等惡劣環(huán)境中，“四管”泄漏造成機(jī)組被迫停運(yùn)檢修的不安全事件頻頻發(fā)生，嚴(yán)重制約了鍋爐的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，成為完成降本增效的生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)的瓶頸問題。

防治鍋爐“四管”泄漏是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，通過對(duì)已發(fā)生過的鍋爐泄漏事件歸類、總結(jié)、分析，研究制定有效的預(yù)控措施，在鍋爐防磨防爆工作中予以實(shí)施，避免和減少鍋爐“四管”泄漏事件的發(fā)生是此次分析研究的主要目的。

2 近幾年鍋爐“四管”泄漏統(tǒng)計(jì)與分析

2.1 2011年7月17日#1鍋爐水冷壁管漏泄

泄漏點(diǎn)為#1鍋爐高爐煤氣火嘴處水冷壁焊口，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)處存在焊接缺陷（Ф3.2 mm沙眼），分析認(rèn)為焊口焊接質(zhì)量缺陷為此次鍋爐泄漏的主要原因。

2.2 2012年1月15日#1鍋爐省煤器泄漏

經(jīng)檢查確認(rèn)為爐前低溫段省煤器中間彎頭區(qū)域護(hù)板邊緣部位的第3根省煤器管正下部漏泄（爐前向爐后數(shù)），漏泄部位為長(zhǎng)3 mm,寬2 mm的一個(gè)橢圓形小孔。由于U型護(hù)板長(zhǎng)期在高溫下產(chǎn)生彎曲變形，受煙氣的作用，省煤器出現(xiàn)晃動(dòng)，護(hù)板與省煤器管壁產(chǎn)生接觸性摩擦致使省煤器管壁局部減薄產(chǎn)生漏泄。

2.3 2012年5月14日＃3鍋爐爐后水冷壁管座焊口漏泄

泄漏點(diǎn)位于爐后第三組水冷壁下聯(lián)箱第9根水冷壁管座焊口處漏泄（以甲側(cè)為基準(zhǔn)），漏點(diǎn)甲側(cè)焊縫下邊緣（有一砂眼），對(duì)泄漏部位及其周圍管段檢查情況來看，未發(fā)現(xiàn)腐蝕、磨損減薄的現(xiàn)象。分析認(rèn)為本次泄漏是由于在#3鍋爐水冷壁改造安裝過程中產(chǎn)生焊接質(zhì)量隱患所造成的。

2.4 2013年2月8日#2鍋爐高溫段省煤器泄漏

乙側(cè)高溫段省煤器固旋式吹灰器汽閥故障未關(guān)閉，運(yùn)行未發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期對(duì)高溫段省煤器管束吹掃，造成省煤器管排泄漏。

2.5 2013年2月8日#3鍋爐水冷壁爆管

鍋爐并汽結(jié)束后，21:02汽包水位由25.85 mm開始持續(xù)下降，直至21:30汽包水位降至-230 mm，期間司爐對(duì)水位未按規(guī)程要求做及時(shí)調(diào)整，使汽包水位嚴(yán)重偏低，造成水循環(huán)被破壞減弱，導(dǎo)致水冷壁管短期過熱爆管。

2.6 2013年3月25日#4鍋爐過熱器泄漏

從爆管情況分析，主要原因?qū)儆诠懿娜渥儺a(chǎn)生細(xì)小裂紋后最終導(dǎo)致漏泄爆管。由于#4鍋爐2012年冬季長(zhǎng)周期運(yùn)行，且大量參燒劣質(zhì)煤，管排結(jié)焦，高溫段過熱器向火側(cè)管一直處于高溫高壓狀態(tài)，加快管排蠕變，最終產(chǎn)生縱向裂紋并產(chǎn)生漏泄。

2.7 2013年4月2日#6鍋爐過熱器泄漏

停爐后對(duì)過熱器泄漏區(qū)域檢查分析，#6爐在摻燒準(zhǔn)東煤、廣匯煤期間，高溫段過熱器中上部出現(xiàn)較為嚴(yán)重的積灰堵塞現(xiàn)象，由于堵灰部位位于上層吹灰器的上部，管排間的結(jié)焦積灰逐漸發(fā)展形成煙氣走廊，煙氣流通區(qū)域的流速增加，磨損加劇，造成管排沖刷減薄泄漏。

2.8 2013年5月24日＃1鍋爐水冷壁漏泄

漏點(diǎn)位于#2角噴燃器看火孔處，泄漏部位是一處過渡結(jié)構(gòu)，水冷壁管道間隙相差大，鰭片寬度不均存在膨脹應(yīng)力，在運(yùn)行過程中隨著負(fù)荷、溫度、壓力的變化，由于應(yīng)力集中造成鰭片焊口裂開，造成水冷壁管漏泄。

2.9 2017年4月29日#4鍋爐屏過漏泄

檢查發(fā)現(xiàn)屏式過熱器從甲側(cè)數(shù)第五排的第十三根（爐前往爐后數(shù)）管子縱向爆口，對(duì)該管爆口附近管段進(jìn)行晶相檢驗(yàn)為3級(jí)（中度球化）。對(duì)該管對(duì)應(yīng)的聯(lián)箱開孔檢查沒有發(fā)現(xiàn)異常，對(duì)泄漏點(diǎn)管段檢查發(fā)現(xiàn)該管內(nèi)壁存在制造溝痕和坑，該管長(zhǎng)期過熱運(yùn)行（該管自投運(yùn)至今從未更換過）金屬球化發(fā)展，致使管材疲勞，造成管段缺陷部位開裂。

2.10 2017年7月1日#4鍋爐省煤器漏泄

經(jīng)過檢查確認(rèn)漏泄點(diǎn)為#4爐#2角24 m省煤器底部2個(gè)彎頭存在漏泄。從漏泄位置判斷省煤器靠爐前側(cè)彎頭受煙氣沖刷先吹漏一個(gè)砂眼，泄漏出的爐水沖刷到另一個(gè)省煤器彎頭，造成漏泄。

2.11 2019年2月18日#1鍋爐省煤器放水管漏泄

#1鍋爐省煤器在鍋爐運(yùn)行期間由于放水門關(guān)不嚴(yán)，長(zhǎng)期運(yùn)行沖刷造成閥門漏流量增大，大量高壓給水對(duì)放水管管壁沖刷減薄造成漏泄。

2.12 2021年1月21日#1鍋爐省煤器漏泄

從中間熱風(fēng)道割開護(hù)板檢查，前甲側(cè)低溫段省煤器靠爐后第一排從上往下數(shù)第6根斜下方有1 mm左右的小孔，漏泄點(diǎn)周圍及附近管子無吹損減薄（原管壁厚4.0 mm，漏點(diǎn)1 cm周圍側(cè)壁厚在3.9 mm），漏點(diǎn)周圍及上下管排都沒有吹損及減薄現(xiàn)象。對(duì)割下的護(hù)板檢查發(fā)現(xiàn)有安裝時(shí)焊接的固定點(diǎn)處焊口焊透了護(hù)板，留下一砂眼，對(duì)照砂眼和省煤器漏點(diǎn)位置能夠?qū)?yīng)上，因此分析認(rèn)為安裝時(shí)留下的砂眼造成熱風(fēng)漏至省煤器管子上，長(zhǎng)期吹掃造成省煤器管子減薄發(fā)生泄漏。

3 鍋爐四管泄漏的原因歸類分析

針對(duì)本公司近年來12起鍋爐“四管”泄漏事件，按照受熱面失效機(jī)理歸類分析，大體有以下幾個(gè)方面的原因。

3.1 磨損

磨損主要有飛灰磨損、蒸汽吹損和機(jī)械磨損。飛灰磨損主要是高速煙氣攜帶大量飛灰對(duì)鍋爐受熱面撞擊磨損管子表面，燃用劣質(zhì)煤以及煙氣通流面積減少導(dǎo)致煙氣流速增大后磨損會(huì)加劇。蒸汽吹損主要是吹灰器汽閥漏汽、吹灰器退不到位、吹灰器旋轉(zhuǎn)角度調(diào)整不當(dāng)吹損受熱面以及鍋爐受熱面泄漏后發(fā)現(xiàn)不及時(shí)吹損其他管子。機(jī)械磨損主要是管子與管子之間或者管子與其他部件由于晃動(dòng)、膨脹相互貼在一起發(fā)生摩擦。

3.2 高溫蠕變、相變

蠕變是緩慢而連續(xù)發(fā)生的塑性變形，主要表現(xiàn)在金屬組織發(fā)生變化，強(qiáng)度和韌性降低。碳素鋼在300 ℃以上、合金鋼在400 ℃以上就開始發(fā)生蠕變；相變主要是受熱面管子承受的溫度超過了最大允許溫度要求，改變了鋼材內(nèi)部金相組織結(jié)構(gòu)，變成了強(qiáng)度較低的金相組織構(gòu)的鋼，承受不了管道內(nèi)部介質(zhì)的高溫高壓，導(dǎo)致爆管。受熱面短期超溫、長(zhǎng)期過熱以及材質(zhì)老化均能引起金屬材質(zhì)發(fā)生蠕變和相變，進(jìn)而引發(fā)受熱面爆管。

長(zhǎng)期過熱產(chǎn)生爆管的特征是：爆口為粗糙的脆性斷口，爆口較小，呈鼓包狀，邊沿粗鈍，呈平整的鈍邊，整個(gè)爆口張開程度不大，具有典型的厚唇型特征。

短期超溫產(chǎn)生爆管的主要特征是：變形明顯，管徑明顯脹粗，管壁減薄，爆口呈喇叭狀，邊緣鋒利，破口表面光滑，爆口周圍沒有裂紋。

3.3 疲勞

對(duì)于受熱面管子來說，主要為機(jī)械疲勞和熱疲勞，在腐蝕環(huán)境中也會(huì)發(fā)生腐蝕疲勞。特征是裂紋沿圓周方向分布，裂紋呈現(xiàn)相互平行狀態(tài)。機(jī)械疲勞產(chǎn)生的原因是熱膨脹受阻、振動(dòng)以及連接部位有相對(duì)位移，使管子承受交變應(yīng)力產(chǎn)生疲勞裂紋。疲勞裂紋主要特征有：裂紋垂直于最大拉伸方向，都是脆性斷口，裂紋產(chǎn)生于表面應(yīng)力集中處或者缺陷部位。

3.4 設(shè)計(jì)、制造安裝（檢修）、運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，主要表現(xiàn)在管屏的夾持管、密封板、固定筋板等設(shè)計(jì)不合理，限制了管道熱膨脹，受鍋爐啟停膨脹、收縮產(chǎn)生的應(yīng)力拉裂管子；制造、安裝不當(dāng)主要表現(xiàn)在用錯(cuò)管材或者選材錯(cuò)誤、管子存在制造缺陷、安裝焊接時(shí)管內(nèi)遺留焊渣等雜物、切管后未做防止異物掉入管道的封堵措施、異種鋼焊接用錯(cuò)焊條、焊接存在咬邊等質(zhì)量問題、檢修時(shí)防磨防爆排查不仔細(xì)潛在隱患未消除；運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)主要是未按要求進(jìn)行操作和調(diào)整造成缺水、管壁以及大面積結(jié)焦等問題。

3.5 其他原因

高溫腐蝕主要有硫酸鹽腐蝕和硫化物腐蝕。硫酸鹽腐蝕主要是原煤堿金屬和硫分含量大，在高溫環(huán)境中產(chǎn)生硫酸鹽，在熔融狀態(tài)下粘附在管壁破壞管子表面氧化層，主要發(fā)生在爐膛水冷壁和過熱器、再熱器區(qū)域；硫化物腐蝕是管壁附近還原性氣氛強(qiáng)而且原煤硫分大產(chǎn)生H2S氣體與管壁發(fā)生硫化反應(yīng)生成FeS進(jìn)而氧化生成氧化鐵剝蝕管壁，硫化物腐蝕與原煤的硫分成正比關(guān)系且在高溫環(huán)境下會(huì)加劇腐蝕，主要發(fā)生在水冷壁燃燒器周圍及以上區(qū)域。

低溫腐蝕也叫酸腐蝕，主要是煙氣中的硫酸蒸汽凝結(jié)粘附在受熱面上造成酸腐蝕，主要發(fā)生在低溫段預(yù)熱器管子上。

4 鍋爐四管泄漏的預(yù)防措施

4.1 認(rèn)真開展鍋爐承壓部件防磨防爆工作

成立鍋爐防磨防爆工作小組，小組成員要包括鍋爐、金屬、焊接專業(yè)人員。鍋爐防磨防爆工作要明確檢查范圍、檢查標(biāo)準(zhǔn)、責(zé)任人，責(zé)任人對(duì)檢查結(jié)果確認(rèn)簽字，形成防磨防爆檢查記錄和整改驗(yàn)收記錄。

鍋爐防磨防爆重點(diǎn)檢查部位及注意事項(xiàng)：

水冷壁區(qū)域要檢查燃燒器區(qū)域水冷壁腐蝕磨損情況，彎管區(qū)域鰭片焊接地方是否有拉裂；吹灰器區(qū)域要檢查吹損情況和吹灰器旋轉(zhuǎn)角度，吹灰器護(hù)套完整情況，吹灰器周邊彎管鰭片是否有裂紋；人孔、看火孔彎管區(qū)域磨損情況以及鰭片焊接、澆筑料盒子與水冷壁焊縫是否有咬邊和應(yīng)力裂紋；各聯(lián)箱連接管子是否存在膨脹受阻情況。

省煤器區(qū)域主要檢查是否存在煙氣走廊、防磨瓦是否脫落或者變形、吊掛管和管卡是否有晃動(dòng)和明顯摩擦部位、管排是否變形和錯(cuò)位、是否有低溫腐蝕。

過熱器、再熱器區(qū)域主要檢查彎頭部位有無磨損、吹灰器區(qū)域有無吹損、是否有煙氣走廊及煙氣吹損、防磨瓦是否變形或者脫落、管夾部位是否有機(jī)械磨損、是否有錯(cuò)排造成煙氣流向改變沖刷管子、各聯(lián)箱保溫是否完好、引出管和吊掛管與聯(lián)箱焊接是否疲勞裂紋、護(hù)板是否有變形、各部位是否有膨脹受阻。

4.2 嚴(yán)格執(zhí)行檢修工藝和驗(yàn)收制度

檢修時(shí)要提前編制和審核檢修計(jì)劃、文件包、工藝卡，避免在檢修時(shí)出現(xiàn)漏項(xiàng)和檢修不徹底；對(duì)小管座要制定滾動(dòng)排查計(jì)劃，利用滲透、超聲等手段進(jìn)行全面排查和治理。

換管過程重點(diǎn)工藝要求：

在切割管道時(shí)要使用割鋸或砂輪機(jī)禁止用氣焊切割，切割后的管道要做好防護(hù)，避免雜物掉入管內(nèi)，一旦發(fā)生異物掉入不能隱瞞不匯報(bào)，要組織對(duì)下聯(lián)箱開孔檢查和保證取出掉入的異物。

對(duì)需要更換的管道和被換上的管道材質(zhì)要進(jìn)行確認(rèn)，避免用錯(cuò)管材；將焊接管口兩側(cè)15～20 mm區(qū)域打磨除銹，打出金屬光澤。

對(duì)管要是用專用對(duì)口夾具將管道對(duì)好，對(duì)口間隙留2～3 mm，禁止強(qiáng)力對(duì)口，避免焊接后存在應(yīng)力。

焊接時(shí)選用合格的焊條、確認(rèn)焊條材質(zhì)，焊接高壓焊口及承壓部件時(shí)焊條要按照工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行烘干，并用專用保溫桶儲(chǔ)存，焊接時(shí)不能焊太透，焊接后要進(jìn)行探傷檢查確保焊口質(zhì)量合格。

壁厚大于30 mm的碳鋼管道焊口、T91等材質(zhì)管道焊口嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行熱處理。

水冷壁鰭片必須內(nèi)外都滿焊，不能有咬邊現(xiàn)象；換管時(shí)割掉的背板、護(hù)板必須按照原設(shè)計(jì)恢復(fù)。

4.3 開展技術(shù)培訓(xùn)，提高運(yùn)行人員及技術(shù)人員業(yè)務(wù)水平

專業(yè)技術(shù)人員要利用網(wǎng)絡(luò)、書本學(xué)習(xí)本專業(yè)知識(shí)及相關(guān)專業(yè)知識(shí)，打破專業(yè)界限、開闊視野、拓寬思路，提高自身技術(shù)水平和管理能力。

專業(yè)技術(shù)人員認(rèn)真開展規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作，完善規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，精準(zhǔn)指導(dǎo)崗位操作和調(diào)整，避免發(fā)生誤操作。

加大監(jiān)督力度，規(guī)范崗位參數(shù)調(diào)整和操作，同時(shí)對(duì)重大操作、異常處理進(jìn)行指導(dǎo)，避免調(diào)整、操作不當(dāng)造成鍋爐缺水、管壁超溫等參數(shù)不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行工況異常惡化停爐事故。

加大鍋爐運(yùn)行人員技能培訓(xùn)工作，提高運(yùn)行人員異常判斷和事故處理能力，避免因技能水平低下造成事故擴(kuò)大。

4.4 規(guī)范原煤管理，做好多煤種摻燒工作

鍋爐燃用煤種嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)煤種，造成鍋爐燃燒工況發(fā)生變化，影響鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行。雖然煤種多種多樣，我們要根據(jù)鍋爐特性進(jìn)行鍋爐摻燒試驗(yàn)，組織合理的配煤方式，編制燃燒調(diào)整方案，指導(dǎo)崗位進(jìn)行燃燒調(diào)整。

加強(qiáng)煤質(zhì)延伸管理，監(jiān)督上煤要嚴(yán)格按照制定的方案進(jìn)行，杜絕上錯(cuò)煤，摻燒比例超出方案要求而造成的鍋爐結(jié)焦、積灰以及腐蝕。在摻燒劣質(zhì)煤時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注鍋爐參數(shù)變化情況，及時(shí)分析鍋爐運(yùn)行工況以及改進(jìn)調(diào)整手段或者終止摻燒，避免發(fā)生鍋爐爐況惡化被迫停爐事故。

5 結(jié)束語

鍋爐“四管”泄漏的防治是一項(xiàng)長(zhǎng)期而又艱巨的任務(wù)，鍋爐專業(yè)技術(shù)人員和崗位人員要端正態(tài)度，以不滿足于現(xiàn)狀的精神，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)作用，分析對(duì)照曾經(jīng)發(fā)生過泄漏事故的原因，在其他鍋爐檢修時(shí)重點(diǎn)開展鍋爐防“四管”泄漏的治理工作。