电站锅炉水冷壁管的失效分析及其预防措施

马玉梅

（神华宁夏煤业集团太西炭基工业有限公司 宁夏 石嘴山 753000）

0 引言

以前质监部门锅检机构主要精力放在大量的工业锅炉检验上，只检验一些自备电厂的电站锅炉，数量不多，容量也较小。由于与电力行业所面临的研究对象有所不同，两者的侧重点、分析研究失效的方式也有所不同。总体来说，工业锅炉与电站锅炉的研究衔接不好，有关规程、规范和电力行业标准存在结构性、内容性、配套性和协调性缺陷。也由于锅炉种类多，在一些法规、文献、出版物中，在谈到受热面管的失效时，会有许多不同说法，在两者之间存在着分类模型不统一、名词术语不统一，既不够系统和完善，又极易引起混淆。不管是质监部门还是电力行业，在体现科技进步、技术含量等方面都还不尽如人意。

1 水冷壁管爆管的原因

由于燃烧系统之脉动，热力工况经常变动，壁温波动引起的交变温度应力会产生疲劳破坏。在具有膜式水冷壁的炉膛中，相邻管子间的壁温差一般不宜超过50℃，否则过高的热应力将引起焊缝撕裂。在受热面承受很高热负荷的情况下，若管内工质的质量流速不够高时，就有可能出现沸腾传热恶化现象，将导致壁温急剧上升而遭受过热损坏。水冷壁受热面管子一般选用20﹟钢，其适用壁温≤480℃。否则，力学性能得不到保证，还会产生高温氧化破坏。

除了金属温度所引起的破坏之外，水冷壁受热面还会经受由于水垢沉积，导致传热不良而引起破坏以及外壁的腐蚀破坏，磨损破裂等。水冷壁受热面的正常运行与锅炉的结构特点，特别是锅炉水工况，炉内空气动力场及其燃烧工况以及燃烧室的热负荷关系极大。产生上述破坏的原因与锅炉的运行工况和结构设计密切相关。具体是指：

1.1 锅炉启停工作不符合要求

锅炉进水时，水温或进水速度不符合规定;启动时，升压、升温或加负荷速度过快;停炉时，冷却过快，放水过快。这些都会使炉内冷却不均，产生过大热应力，以致锅炉水冷壁管失效。

1.2 水循环破坏

锅炉长时间低负荷运行，定期排污量过大且时间过长，燃烧控制不好或炉内严重结焦等，都可能使水循环遭到破坏，造成膜态沸腾，使传热恶化，引起管子金属过热、蠕胀加速而爆破。还有的电站锅炉在大修时对水冷壁化学清洗后，未将清除下来的铁锈清理干净而堵塞在管中，因而管壁超温而引起水冷壁爆管。

1.3 管内结垢腐蚀

炉水质量差，水冷壁管内部结垢，影响传热，使管壁温度升高、承压强度降低，以致产生鼓包甚至爆管。同时，结垢处易产生垢下腐蚀，造成泄漏或爆管。锅炉停炉备用时，亦容易产生氧腐蚀。工业锅炉结垢是由于锅炉水质不符合GB1576-2001《工业锅炉水质标准》，而电站锅炉结垢的原因主要是凝汽器漏泄，垢下腐蚀在一定条件下引发氢脆、碱腐蚀等。碱腐蚀也主要发生在热负荷较高、应力较集中的水冷壁管内。如靠近喷燃器区域、燃烧带上下部的管段、对接焊缝等热负荷和应力高的部位。

1.4 高温腐蚀和管外磨损

当燃料中含硫量较高，水冷壁管的壁温高于300℃，一次风煤粉火焰直接冲刷水冷壁管，局部缺氧呈还原性气氛。当CO 含量 0.9-4.9%，H2S＞0.01%时，高温腐蚀不可避免。 火焰冲墙和还原性气氛的存在是造成水冷壁高温腐蚀的主要原因。水冷壁管发生高温腐蚀的区域通常多在燃烧高温区，即局部热负荷较高，管壁温度也较高的区域，如燃烧器区附近和冷灰斗处区域。发生高温腐蚀的管子向火侧迎火面的腐蚀速度最快，管壁减薄量最大。在降低烟气氧含量采用低氧燃烧或为降低NOx而采用二次燃烧时，更要注意水冷壁烟气侧高温腐蚀。

1.5 制造、安装或检修质量不良

焊接质量不好，弯管不符合要求使管壁减薄，管子受热后不能自由膨胀，都会引起爆管事故。

1.6 结焦严重，打渣不及时会造成大块焦渣崩落，砸坏冷灰斗水冷壁;有的电站锅炉采用“水打渣”，这时水冷壁管可能产生过大的热应力而损伤。

2 水冷壁管爆管的预防措施

2.1 改进、调整好燃烧系统及其运行工况，防止火焰扑向炉壁。

2.2 应加强化学监督，改善水质，严格控制各项指标及排污操作规范，一旦有循环水漏入，务必加锅炉的排污，特别是定期排污。

2.3 消除凝汽器及凝结水泵的漏泄问题，品质不合格的给水严禁进入锅炉，防止结垢和腐蚀。

2.4 严格燃料管理，防止含有较多腐蚀性矿物质如高硫或高碱金属的煤进入煤场。

2.5 采用渗铝钢或热喷涂方法提高水冷壁管的抗腐蚀能力，在易吹损部位进行防磨喷涂处理。

2.6 必须定时对炉膛吹灰，防止受热面结焦，同时要防止因蒸汽对部分管子长期冲刷引起泄漏。

2.7 锅炉的喷燃器必须对称投入，保持燃烧均匀，改善贴壁气氛。增减负荷尽可能按照规程要求执行，严禁出现汽温、汽压突升、突降的现象发生。

2.8 对水冷壁高热负荷区，应关注氧化皮形成、管径胀粗情况，按要求进行定期割管检查。

3 水冷壁管的检验重点

水冷壁管子应先把渣焦铲干净，然后重点检查以下内容：

3.1 高温区定点测厚；燃烧器周围和热负荷较高区域水冷壁管、冷灰斗区域水冷壁管、折焰角区域水冷壁管、防渣管等应定点监测管壁厚度和胀粗情况。

3.2 水冷壁管结渣、腐蚀、超温、磨损检查；热负荷较高或水循环流速较低区域水冷壁管是否有过热、变形、鼓包、磨损、高温腐蚀、胀粗、裂纹等缺陷，必要时应增加测厚、胀粗量、变形量、割管和金相检查，特别注意燃烧带附近和冷灰斗处高温腐蚀，循环流化床锅炉进料口、出灰口和炉膛下部卫燃带区域的磨损。

3.3 水冷壁被掉焦砸伤、砸扁检查；燃烧器周围、各门孔两侧、沸腾炉的埋管、液态除渣炉的出渣口及炉底耐火混凝土与水冷壁管交界处等处是否有碰伤、砸扁、磨损、开裂、腐蚀等缺陷，必要时应增加测厚和变形量测量。

3.4 顶棚水冷壁管是否有过热、变形、胀粗、磨损等缺陷。

3.5 折烟角区域水冷壁管的工作特点是烟温高、管路长、阻力大，检查是否有过热、变形、胀粗、磨损等缺陷。

3.6 防渣管由于结焦会使局部烟速过高，检查是否有过热、胀粗、变形、鼓包和疲劳裂纹等缺陷，必要时应增加测厚或表面探伤检查。

3.7 吹灰器附近和炉膛出口窗的水冷壁管是否有磨损减薄，必要时应附加测厚检查。

3.8 检查膜式水冷壁鳍片焊缝开裂情况和严重变形，特别是易因膨胀不畅而拉裂的部位（如水冷壁四角管子、燃烧器喷口和人孔门部位的管子等），固定件是否有损坏、脱落现象。

3.9 支吊架、挂钩检查：检查水冷壁拉钩、管卡、膨胀装置及止晃装置，检查管排平整度，间距均匀性。

3.10 监视段割管检查：必要时，热负荷高处水冷壁割管进行垢样分析和内壁腐蚀检查。

4 结束语

水冷壁管的失效是锅炉安全使用中的突出矛盾，对确保锅炉的安全、稳定和经济运行将起到十分重要的作用。因而，如何解决水冷壁管的失效问题，针对锅炉水冷壁管的失效模式进行研究并提出相应的预防措施，一直是锅炉从业人员，特别是锅炉压力容器安全监察工作者需要探索研究的重要课题。

［1］郑长绪.火力发电厂汽包锅炉的水冷壁故障[C].中国锅炉压力容器工程进展，1989.

［2］刘素娥，朱自勇.水冷壁管受热面失效分析[J].腐蚀科学与防护,1999(3).