目錄目錄目錄目錄隨著我國經濟持續、快速地發展，電力需求旺盛，電力工業得到了快速發展，機組容量不斷增大，過熱蒸汽的壓力和溫度也相應增高，隨著這些亞臨界、超臨界、超超臨界大容量機組的逐漸投入運營，出現的問題也越來越多，鍋爐“四管”（過熱器、再熱器、水冷壁、省煤器）的泄漏問題尤為突出。作為鍋爐本體的主要部件，鍋爐“四管”長期在高溫、煙氣、煤灰等惡劣的環境介質中運行，失效方式多達幾十種。現役的亞臨界、超臨界、超超臨界機組在高參數下運行發生“四管”泄漏的頻率始終居高不下，由"四管”泄漏造成的經濟損失巨大，因此，做好鍋爐“四管”的防磨防爆工作，盡量減少“四管”泄漏發生的次數，從而保證鍋爐安全、穩定、經濟運行就顯得非常關鍵。防治"四管”泄漏工作是一項長期而艱巨的工作，是一項名副其實的系統工程，需要從材質選用、受熱面管布置、制造質量、安裝質量、運行管理、檢修管理、停/備用保養、燃煤管理等方面著手，控制好每一個環節。本文介紹了鍋爐"四管”的工作狀況、"四管”泄漏的現狀和"四管”泄漏的失效機制，著重從不同類型的"四管”泄漏案例中選取典型進行深入分析（注：部分案例分析選用了相關電廠的報送材料，在此表示感謝！），同時介紹了華電電力科學研究院在"四管”泄漏防治工作中取得的一些成績和研發的新型受熱面管理信息系統，以供讀者參考。目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"\h第1章鍋爐"四管"泄漏概述 1\o"CurrentDocument"\h鍋爐及"四管”基本工況介紹 1\o"CurrentDocument"\h鍋爐"四管"泄漏數據分析 4\o"CurrentDocument"\h鍋爐"四管”的失效形式及原理 8\o"CurrentDocument"\h國外"四管”泄漏防治工作的發展和啟示 18\o"CurrentDocument"\h第2章鍋爐"四管"泄漏典型案例分析 20\o"CurrentDocument"\h過熱器泄漏的典型案例分析 20\o"CurrentDocument"\h過熱造成過熱器爆管案例分析 20\o"CurrentDocument"\h沖刷磨損造成過熱器爆管案例分析 30\o"CurrentDocument"\h腐蝕造成過熱器爆管案例分析 34\o"CurrentDocument"\h機械磨損造成過熱器爆管案例分析 35\o"CurrentDocument"\h原始焊口質量問題造成過熱器爆管案例分析 40\o"CurrentDocument"\h再熱器泄漏的典型案例分析 42\o"CurrentDocument"\h沖刷磨損造成再熱器爆管案例分析 42\o"CurrentDocument"\h安裝不當和沖刷磨損共同造成再熱器爆管案例分析 47\o"CurrentDocument"\h熱應力疲勞造成再熱器爆管案例分析 48\o"CurrentDocument"\h母材缺陷造成再熱器爆管案例分析 49\o"CurrentDocument"\h熱應力疲勞和吹灰沖刷共同造成再熱器爆管案例分析 51\o"CurrentDocument"\h省煤器泄漏的典型案例分析 54\o"CurrentDocument"\h沖刷磨損造成省煤器爆管案例分析 54\o"CurrentDocument"\h安裝焊口老化問題造成省煤器爆管案例分析 65\o"CurrentDocument"\h焊口裂紋造成省煤器爆管案例分析 67\o"CurrentDocument"\h水冷壁泄漏的典型案例分析 68\o"CurrentDocument"\h制造焊口裂紋造成水冷壁爆管案例分析 68\o"CurrentDocument"\h設計不當造成水冷壁爆管案例分析 69\o"CurrentDocument"\h安裝缺陷造成水冷壁爆管案例分析 71\o"CurrentDocument"\h沖刷磨損造成水冷壁爆管案例分析 73\o"CurrentDocument"\h安裝缺陷和沖刷磨損共同造成水冷壁爆管案例分析 77\o"CurrentDocument"\h高溫硫腐蝕造成水冷壁爆管案例分析 78\o"CurrentDocument"\h第3章鍋爐"四管”泄漏防治重點 80\o"CurrentDocument"\h受熱面管子的監督 80\o"CurrentDocument"\h監督人員的管理 80\o"CurrentDocument"\h技術資料的管理 81\o"CurrentDocument"\h監督工作的程序 82\o"CurrentDocument"\h防磨防爆工作的檢查方式 82\o"CurrentDocument"\h鍋爐"四管”泄漏防治重點 84\o"CurrentDocument"\h過熱器系統的重點檢查內容及常見問題 84\o"CurrentDocument"\h再熱器系統的重點檢查內容及常見問題 88\o"CurrentDocument"\h省煤器系統的重點檢查內容及常見問題 91\o"CurrentDocument"\h水冷壁系統的重點檢查內容及常見問題 93\o"CurrentDocument"\h鍋爐"四管"重點檢查防治的典型案例 96\o"CurrentDocument"\h鍋爐"四管”泄漏防治三維數字化信息管理 99\o"CurrentDocument"\h研究背景 99\o"CurrentDocument"\h技術創新和預期效益 100\o"CurrentDocument"\h研究方法與效果展示 101\o"CurrentDocument"\h總結與展望 105第1第1章鍋爐“四管”泄漏概述第1第1章鍋爐“四管”泄漏概述第1章鍋爐"四管”泄漏概述鍋爐及"四管”基本工況介紹火電機組的鍋爐是將燃料產生的熱能通過金屬受熱面傳遞給經過凈化的水，并將其加熱到具有一定溫度和壓力的過熱蒸汽，過熱蒸汽由管道引入汽輪機，蒸汽在汽輪機內膨脹做功，沖轉汽輪機，帶動發電機發電。隨著我國經濟持續、快速的發展，電力需求旺盛，電力工業得到了快速發展。新中國成立前，我們沒有電廠鍋爐制造業，僅引進瑞士技術合作試制了兩臺與2000kW汽輪發電機組配套蒸發量為12t∕h的鍋爐，1949年全國裝機總容量僅1849MW(其中，火電裝機容量為1686MW)。新中國成立后，我國火電發電經歷了四個發展階段：第一階段為1949—1960年，我國開始自行設計制造了6、12、25、50MW中壓和高壓汽輪發電機配套的鍋爐；第二階段為1961-1980年，我國開始自行研制了超高壓125、200MW和亞臨界壓力300MW汽輪發電機組配套的400、670?1000t∕h自然循環鍋爐和直流鍋爐；第三階段為1981—1990年，隨著改革開放政策和現代化建設的腳步，火力發電機組得到了快速發展，這期間利用從美國引進的技術制造了300MW和600MW的汽輪發電機組配套的1025t∕h和2008t∕h控制循環鍋爐，同時還進口了多臺300?800MW亞臨界壓力和超臨界壓力鍋爐，另外還建設了IOOMW級的燃氣蒸汽聯合循環發電機組，這個階段，我國的火電裝機容量增加了一倍；在1991年以后的第四階段，我國新投產的機組逐步向大容量、高參數方向發展，600MW超臨界機組已經成為火電主力機型，據不完全統計，至2011年底已經達到600臺左右，而IO(X)MW的超超臨界機組也逐漸成為發電的主力軍。放眼國際發電行業，美國在20世紀中期就開始研究大容量機組，率先投運了1300MW的機組，鍋爐容量為4398t∕h;德國和I=I本的單機容量也發展迅速，800MW的大型機組很早就問世；前蘇聯也發展很快，在1981年投產了1200MW的超臨界壓力直流鍋爐，鍋爐容量也達到3950t∕h。但是由于超大容量機組對材料的的要求比較高,第1第1章鍋爐“四管”泄漏概述#防磨瓦掛焦多處防磨瓦脫落、損壞后屏過熱器所有迎風面掛焦表3-3再熱器檢查結果檢查項目檢查結果磨損末級再熱器防磨瓦與管子多處機械碰磨。氧化前屏再熱器管屏距彎頭2m處外壁氧化嚴重變形、移位前屏再熱器、末級再熱器多處管子彎曲、出列、變形固定卡、拉鉤前屏再熱器、末級再熱器多處脫開、損壞變形管排間距末級再熱器多處管屏變形，屏間距近。管排平整度末級再熱器個別管排變形嚴重。表3-4省煤器檢查結果檢查項目檢查結果積灰多處存在大量積灰排列平整度多處出列嚴重防磨裝置多處防磨瓦損壞、脫落另外，在長吹、人孔門、觀火孔及其周圍檢查發現，多處澆筑料脫落嚴重；在無損檢測發現，受熱面管部分焊口存在氣孔、未熔合、未焊透、內凹、鰭片裂紋等缺陷。防磨防爆深度檢查發現的典型缺陷照片如圖3-61和圖3-62o（a）水平低溫過熱器（前墻）出列碰撞（b）水平低溫過熱器（前墻）彎曲碰撞(a)末級再熱器嚴重彎曲變形 (b)末級再熱器機械損傷圖3-62再熱器典型缺陷三.結論在防磨防爆深度檢查中發現，受熱面管主要存在磨損減薄、管屏變形、出列、碰傷、防磨瓦損壞、管卡損壞等問題，焊縫存在氣孔、未熔合等缺陷。多處缺陷比較嚴重，在機組的運行中存在極大的安全隱患，容易在日后產生泄漏等問題。本工作小組對檢查中發現的問題進行了詳細的記錄，并提出了處理意見，對日常監督給出了建議,達到了預期的檢驗目的。3.3鍋爐"四管”泄漏防治三維數字化信息管理研究背景如本文第一章中所述，隨著近年來的大容量、高參數機組不斷投入使用，特別是超臨界和超超臨界用耐熱鋼等級不斷提升，鍋爐“四管”防磨防爆工作的重要性也隨之提高越來越突出。統計顯示，在我國大中型火力發電廠中，鍋爐事故約占全廠總事故的70%左右，而"四管”泄漏約占鍋爐事故的60%?70%。鍋爐"四管”作為鍋爐本體主要部件，長期在高溫、高速煙氣、煤灰等十分惡劣的環境介質中運行，在服役過程中會發生一系列材料組織與性能的變化，期間涉及的失效原因有高溫蠕變和相變,內壁水側腐蝕，外壁煙氣側腐蝕，磨損，疲勞，設計、制造、運行等。因此，提高鍋爐“四管”防治工作的針對性和有效性就顯得非常重要。就集團公司而言，2011年的統計數據顯示，共發生"四管”泄漏131起，有48家火電廠79臺鍋爐發生"四管”泄漏，其中22家電廠發生“四管”泄漏3次以上，“四管”泄漏占到鍋爐設備故障的55%,引起的停運時間占累計停運時間的60%以上。集團公司針對這種現狀，加強了鍋爐防磨防爆工作的管理，并出臺了《防止火電廠鍋爐四管泄漏管理暫行規定》，明確指出防止鍋爐“四管”泄漏，一定要堅持''預防為主、質量第一”的方針，堅持“趨勢分析、超前預防、逢停必查”的原則，采取“統籌分析、綜合判斷”的方法指導“四管”的管理。近年來，國內外科研人員越來越多地把人工智能技術應用于鍋爐設備監測和生產管理中來，并取得了一些研究成果，這些成果的應用對優化和完善鍋爐安全經濟生產方面提供了重要的幫助。比如爐膛結渣積灰的在線監測、鍋爐受熱面污染監測和吹灰優化系統、鍋爐爐膛溫度場在線模擬系統等，通過信息化的手段來幫助和提高鍋爐設備的安全經濟生產。華電電科院作為集團公司的主要科研單位，積極響應集團公司對防治“四管”泄漏工作的要求，提出了“鍋爐受熱面管三維數字化信息管理系統”，該系統首次采用三維動畫展示和三維虛擬互動操作等表現方式，并提供強大的信息預警系統和數據管理系統，可較大地提高防磨防爆工作的針對性和有效性。通過大量的對比研討和調研，本管理信息系統在國內外相關研究中屬于前沿水平，適用于不同容量和不同類型的機組，可在集團公司內及國內其他電廠推廣，能全面提升鍋爐"四管”防磨防爆管理水平，為火電機組的穩定運行提供強有力的保證。技術創新和預期效益鍋爐受熱面管三維數字化信息管理系統的技術關鍵和創新主要有如下幾點：1、采用三維數字化技術，建立電廠整體和鍋爐“四管”的三維實景模型，開發可視化三維實景虛擬展示系統。2、通過三維實景模型，直觀地展現鍋爐每一根受熱面管子的基本信息、防磨防爆檢查信息、“四管”泄露事件信息等，實現對鍋爐“四管”信息的實時更新和動態管理。3、通過對鍋爐“四管”信息的統計分析，實現預警和報警功能。4、實現網絡填報及互動功能。5、集成支持文本、圖片、動畫、視頻文件、三維虛擬互動操作等多種表現方式，形成使用方便、操作靈活、功能強大的鍋爐防磨防爆三維可視化數字信息管理系統。6、形成“在線監督、遠程交互"這種全新的“四管”防磨防爆管理模式。本系統的預期效益主要從安全性和經濟性兩個方面得到體現：安全性效益：本項目通過對檢修過程的控制和對結果的分析，提高工作人員的檢修水平，從而延長了鍋爐的使丿I」壽命；通過降低爆管率，減少機組非停次數，從而延長了發電企業其他重要設備的使用壽命；通過降低爆管次數，可以提高我們企業的安全指標，從而提升發電企業的企業形象。經濟性效益：本項目主要從機組安全穩定運行方面獲得很高的經濟效益。減少一次因“四管”泄漏造成的非停事件，將在機組啟停費用、發電量影響等方面獲得可觀的經濟效益。據統計，600MW超臨界鍋爐泄漏一次，汽水損失和冷態啟動燃油費用大約在200萬元左右；另一方面，超臨界鍋爐"四管”泄漏后一般需要處理7天左右，將造成巨大的電量損失。集團內超臨界機組2011年"四管”泄漏臺均1.05次/臺，因此通過本系統進行鍋爐防磨防爆的管理后，減少機組非停，可以為企業帶來可觀的經濟效益。研究方法與效果展示本系統是結合三維動畫技術、數據庫技術、網絡技術、系統集成技術、數值計算和常規的金屬檢驗技術，通過模型試驗、現場運行試驗、數值計算和理論分析相結合的模式，研究開發的鍋爐"四管”防磨防爆管理信息系統。該系統主要包括如下模塊。1、可視化三維實景展示模塊。依據相關專業知識，結合設計圖紙和照片，采用三維數字化技術，建立電廠整體和鍋爐"四管”的三維實景模型(如圖3-63所示)，開發可視化三維實景虛擬展示系統；提供可交互的操作方式，查看各設備的詳細結構，了解部件名稱、基本參數以及防磨防爆相關設備狀態等信息。基于該三維數字化展示模塊，能有效的將電廠鍋爐防磨防爆相關實際情況真實、直觀的展現，便于對上述信息的集中管理及有效控制。對于華電集團公司來講，可以通過本系統的信息，很方便快捷的了解到集團公司下屬每個電廠、乃至每個“四管”部件的狀態信息，如圖3-63(c)中所示，點擊圖中任意一個分公司，進入旗下的發電單位，然后根據需要進入查詢。

(a)電丿整體三維實景模型 (b)(a)電丿整體三維實景模型 (b)“四管”的三維實景模型圖3-63三維實景模型2、數據庫開發。基于先進的數據庫技術，對電廠鍋爐防磨防爆管理工作中大量的信息數據建立標準的數據標識，并進行分類存儲、索引，設計與開發穩定、靈活、強大的數據庫，為鍋爐防磨防爆信息管理系統的各管理功能模塊的實現提供堅實基礎。3、信息采集系統模塊。針對電廠基本信息(包括電廠區域位置、電廠概況、鍋爐型號、“四管”結構、“四管”規格、“四管”材質、“四管”原始厚度及相關屬性等(a)過熱器系統整體三維展示(b)(a)過熱器系統整體三維展示(b)各個部件三維模型圖3-64分部件三維模型展示基本信息）、防磨防爆檢查信息（包括檢查類型、檢查部位、檢查時間、檢驗資料）、防磨防爆事故信息（包括事故類型、事故部位、事故時間、事故資料-），采用先進的計算機技術，提供友好的交互方式，開發便捷的信息錄入平臺，實現相關信息的采集，并自動、高效的匹配于可視化三維實景展示模塊。如圖3-64所示，再現了過熱器系統中的每個部件，可以通過點擊進入再查詢相關的各種信息。4、信息統計分析系統模塊。基于先進的計算機技術和數據庫技術，實現按時間、檢查類型、事故類型、設備屬性類別等進行統計分析，并可根據用戶不同需求，方便快捷的在三維實景展示系統模塊中可視化的展現相關統計分析信息，實現對鍋爐"四管”基本信息、防磨防爆檢查信息、防磨防爆事故信息等信息的有效管理。如圖3-65所示為某發電單位一號鍋爐內“四管”的相應信息，展開可以看到相關的所需信息，也可以按照不同習慣添加其他與一號鍋爐相對應的信息統計分析模塊。（a）一號鍋爐"四管”三維示意圖（b） -號鍋爐對應的事故信息 （C）號鍋爐對應的基本信息圖3-65某發電單位一號鍋爐"四管”對應的數據信息5、信息預警系統模塊。通過鍋爐水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器、聯箱、管道及附件等設備的防磨防爆歷史檢查信息，進行各設備檢查信息的統計分析，并與鍋爐“四管”防磨防爆檢查作業指導書及相關管理規范要求進行對比分析，對防治鍋爐“四

管”泄露檢查項目、周期等不滿足相關標準要求的情況進行分析、預警和報警，為有效管理和合理安排檢修項目、事故預防和分析提供依據。如圖3-66所示為過熱器(a)整體三維展示，圖中點對應相應管子 (b)每一個管排的三維展示(c)相應管子的數據信息圖3-66分部間三維模型展示某段管子，通過系統的信息選擇，可以查看每一根管子的