火電機組鍋爐四管漏泄的原因分析

熱能設備鍋爐的“四管道”泄漏是指鍋爐的冷壁、熱裝置、加熱裝置和省煤裝置的泄漏。“四管”漏泄能造成機組非計劃停運,對機組安全穩定運行威脅極大。新建火電機組在基建過程中,采取何種方法和工藝控制以防止機組投運后發生承壓部件的漏泄,是基建工程的重點。1鍋爐“四管”泄漏的主要類型和原因1.1長期過熱爆管破口外觀特征超溫爆管是由于某種原因導致管子金屬實際工作溫度超過鋼材允許的下臨界點溫度,在介質內壓作用下發生破壞的故障現象。一般分為短期超溫爆管和長期超溫爆管兩類。短期過熱爆管的破口外觀特征為:破口附近管子脹粗較大,破口張口很大,呈喇叭狀,破口邊呈減薄撕裂狀。水冷壁管短期過熱爆管破口內壁由于爆管時管內汽水混合物急速沖擊,顯得十分光潔,外壁一般呈藍黑色。短期超溫爆管的主要原因如下:a.火焰沖刷爐墻,導致局部熱負荷過高。b.管內汽水循環不良,如管內積聚堵塞焊渣、小工具、鐵屑等。c.汽水分配不均,部分管路循環停滯或流量過低。d.管內嚴重結垢,使管子傳熱效果變差,管子金屬超溫失效。e.給水中斷。f.尾部煙道再燃燒。長期過熱爆管破口外觀特征為:管子的破口不大,破口斷裂面粗糙不平整,破口附近有較多平行于破口的軸向裂紋;破口外表面有一層較厚的氧化皮,氧化皮很脆,易剝落;破口處的脹粗不大,但脹粗范圍比較大。長期超溫爆管的主要原因如下:a.煙氣熱偏差過大,管子熱負荷超過設計值。b.管子金屬材料使用不當。c.局部熱負荷較高,管子壁溫高于其規定值。d.管內冷卻介質流量偏低。e.受熱面積灰、結焦。1.2機械磨損的原因機械磨損是管排結構設計不當或結構失效,導致管排或與構件之間,因爐內煙氣的擾動而相互磨擦碰撞發生損傷失效。機械磨損的主要原因如下:a.管排或管子之間的固定件失效或安裝、設計不合理。b.吹灰器卡澀,蒸汽長期吹掃,管道損傷。c.受熱面熱態膨脹后相互接觸碰撞。d.燃燒器與附件管子距離太近,長期振動或調整角度時磨擦碰撞形成損傷。e.在介質管道縮口、擴口區域或轉彎較大的區域,介質長期沖刷減薄。1.3飛灰磨損引起的失效飛灰磨損是由于爐內煙氣飛灰含量超過設計值或局部煙氣流速過大,造成灰粒子長期沖刷管道金屬,導致其失效。飛灰磨損的主要原因如下:a.煤質變化,灰分量超過設計值上限。b.煙氣短路,局部煙速過高。c.受熱面積灰,煙氣通流面積減少,單側或局部煙氣流速較高。d.爐墻存在漏風、漏灰點。e.燃燒器開裂,煤粉沖刷附近管道。f.在煙道內存在較大的轉折點或流道面積突然縮小。1.4機組的基本特征應力失效是由于受熱面結構或管路間結構不合理,長期運行,熱應力、結構應力或殘余應力超過金屬允許值而形成失效。應力失效的主要原因如下:a.整體膨脹不均,局部應力超標。b.爐膛爆炸。c.長期的溫度交變運行,形成交變應力而造成疲勞損壞。d.異種鋼結構之間的連接存在較大溫差應力,如不銹鋼密封件與碳鋼管子之間的焊接處。e.支吊架失效,管排形成局部應力超標。f.水沖擊產生溫度熱應力,如減溫水噴射霧化不好,減溫器套筒出口部位、盲腸管道與主干管連接部分由于疏水回流產生溫度交變應力。g.在機組啟動或停止過程中,溫度變化超過規定值。h.機械振動形成交變應力,如疏水管道固定在鋼結構上,集箱隨爐體振動,疏水管根部形成機械交變應力。i.管圈在加工過程中形成殘余應力未能完全消除。j.密封結構不合理,形成結構內應力。1.5高溫腐蝕和爐爐防菌工藝化學腐蝕的主要原因如下:a.應力狀態下存在化學腐蝕介質。b.煙氣中硫化物等腐蝕性介質含量過高。c.灰垢長期積聚在管子表面,高溫下形成垢下腐蝕。d.火焰沖刷爐墻造成金屬表面高溫氧化。e.停爐保養、水壓試驗,防腐措施采取不當。f.爐水中氯離子含量超標,造成奧氏體不銹鋼腐蝕。g.酸洗過程控制失敗,酸液或堿液在受熱面中停留時間過長,或酸堿液體進入立式過熱器中。h.爐內加藥失效,爐水質量超標。1.6泄漏原因。據初環的分類,主要有a.管道材質不當。由于設計不當、管材應用錯誤或異種金屬焊接,造成工作應力或溫度環境超過金屬的允許界限而形成失效。b.焊縫泄漏。焊縫質量不良或缺陷發展形成泄漏。c.大塊焦渣或受熱面固定卡件脫落而砸傷受熱面、檢修過程中誤傷受熱面以及因材質原始缺陷等造成泄漏。綜上所述,“四管”泄漏原因可分為:機組系統設計缺陷;機組安裝、調試質量缺陷;檢修質量缺陷;原材料質量缺陷;運行控制調整方式不當;燃用超過設計范圍煤質。2應防止鍋爐建成后“四管”泄漏2.1鍋爐投運可靠性影響因素分析根據現場實際經驗和上述分析,系統設計缺陷對鍋爐“四管”泄漏影響很大,在鍋爐廠的原始設計中,應對爐膛結渣、高溫腐蝕、超溫、磨損、監控手段、吹灰方式、爐膛出口熱偏差值、水動力均勻性、蒸汽流量偏差值、應力均勻性、管排及管圈之間固定結構形式的合理性、調溫措施、鍋爐抗結渣性、管圈材質設計合理性等方面引起足夠重視,通過合理設計進行有效控制,以提高鍋爐投運的可靠性。2.2嚴格監造,保障制造質量在鍋爐的制造過程中,鍋爐廠必須保證產品的加工質量。由于電力市場又出現了建設高峰,廠家生產任務十分繁重,有時需要加班加點工作,為保證設備的制造質量,監造單位對于產品的過程質量控制起到決定性的作用,應按照監造合同和大綱進行嚴格監造與驗收。2.3監督檢查機制在鍋爐制造和安裝過程中,應充分利用鍋爐和壓力容器技術監督機制,對交付前的產品、安裝前的零部件及安裝后的組件進行監督復查,對機組調試過程與結果進行跟蹤。鍋爐和壓力容器的技術監督對防止鍋爐投運后“四管”泄漏故障的發生起到了關鍵作用。2.4強化機組安裝質量控制在機組安裝隊伍的選取方面,應選用質量意識強、安裝經驗豐富、技術水平高的隊伍,保障機組的安裝水平。在鍋爐安裝階段,應充分發動各種技術監督力量,檢查安裝過程和安裝質量,發現安裝中存在問題,及時制訂可行的解決方案,將質量隱患消除在萌芽之中。對于機組安裝單位,應在安裝材料的使用控制、工藝規范上下功夫,防止出現材質、規格和焊材錯用等現象。在鍋爐安裝期間要通過無損探傷對廠家焊口、安裝焊口進行滲透檢查,要求安裝單位采取嚴格的質量控制措施,確保焊接質量處于受控狀態。2.5建立廣泛的信息通道在整個基建工程期間,應將監造、監理、技術監督、安裝過程中發現的問題及時收集整理,建立通暢的信息通道。通過收集整理機組各部分的信息參數資料,建立準確完整的機組設備臺賬,為機組投產后提供準確的設備狀況信息,防止信息遺漏或決策失準。2.6提高檢修隊伍,完善設備檢修維護在基建階段,培養高素質的運行人員,可以為機組投產后合理組織和控制機組運行,保障機組運行最優化狀態提供有力保證;培養高素質的檢修隊伍,可以及時發現機組存在的隱患,用科學的頭腦分析問題,找到合理的解決對策,對于保障機組的可靠性十分必要。因此,在基建期間,必須注重對運行人員和檢修人員的技能培訓,注重對現場設備的掌握,注重對系統邏輯關鍵性與全面性的了解,從而減少操作中的失誤。3創新材料和信息技術近年來,針對鍋爐“四管”泄漏問題,一些研究機構從新型材料和信息技術方面入手,研究出新型的防爆、防漏技術。在新機組的設計安裝過程中,可以根據具體情況加以應用。3.1及時采取防治措施,消除爐管泄漏造成的影響通過監測爐管泄漏后的聲波特性,早期發現并預報鍋爐泄漏情況,盡快采取措施,對于防止泄漏范圍擴大、消除爐管泄漏造成的影響具有十分重要的意義。爐管泄漏監測一般采用煙氣泄漏聲波的單項條件來判斷泄漏發生的狀況和位置。3.2減少超溫運行的方法在高溫受熱面管子壁面預埋熱電偶,能夠測得不同高度管道壁面金屬的真實溫度,并且可以長期運行,為運行人員的操作提供了依據,有效防止受熱面壁溫的超溫運行現象。3.3面噴砂處理將水冷壁、高溫過熱器或高溫再熱器(非不銹鋼和T91鋼材)管子表面通過噴砂處理,去除表面的灰垢和氧化層,表面呈現金屬光澤并且為麻面效果。通過電弧將NiW合金或NiCr合金熔化后,利用壓縮空