余热锅炉低压蒸发器出口管泄漏原因分析及处理对策

周 军

江苏华电仪征热电有限公司

余热锅炉低压蒸发器出口管泄漏原因分析及处理对策

周 军

江苏华电仪征热电有限公司

E级燃机配套余热锅炉低压蒸发器出口管存在着投产时间不长易泄漏的缺陷。本文以江苏华电仪征热电有限公司西门子E级燃机配套余热锅炉为例，从流体力学、传热学、设计参数等方面对其泄漏原因分析，以所监测数据为依据，找出造成低压蒸发器出口管泄漏的原因，同时提出相应处理对策，可为燃机电厂防止余热锅炉“四管”泄漏提供借鉴。

余热锅炉；低压蒸发器；腐蚀；对策

一、前言

江苏华电仪征热电有限公司E级燃气—蒸汽联合循环机组配有三台余热锅炉，型号DG233.9/7.95/57.4/0.63-M106，为双压、无补燃、卧式、自然循环锅炉，由高、低压两个压力等级系统组成，高压过热蒸汽额定出口压力7.95MPa，额定出口温度523.4℃；低压过热蒸汽额定出口压力0.63MPa、额定出口温度225.7℃；低压蒸发器出口额定压力为0.63MPa，额定温度为225.7℃。

低压蒸发器依序布置5排管屏，每排分左右2组，共计10组管屏，每个管屏出口设置一个出口联箱，共计10个出口联箱，前三排每个出口联箱上各布置3根出口管，规格为Φ168×5mm，后两排每个出口联箱布置2根出口管，规格为Φ133×5mm，出口管经过3个弯头后进入低压汽包。

三台余热锅炉在投产运行一年多时间后，均发生低压蒸发器出口管侵蚀减薄甚至爆管的问题。

二、出口管泄漏后检查

通过对余热锅炉（以#4为例）低压蒸发器出口管两个泄漏口检查，均位于第一排，分别为最东侧和最西侧，两个泄漏点均在出口管与联箱管座的焊缝处，为腐蚀减薄穿孔。出口管内存在明显的腐蚀分界带，从管口看，腐蚀减薄区域角度大约在180°范围，内壁腐蚀减薄较平滑，未形成沟槽，腐蚀减薄方向性较强，发生在朝炉中心线侧，最严重处与烟气流向呈45°角。

为分析低压蒸发器出口管减薄原因，对部分出口管进行抽样测厚，并对相关数据进行统计分析，出口管减薄主要集中在前3排（所测厚最小数据在第一排西侧弯头处，为1.79mm），从前往后减薄程度逐渐变小，并且减薄最严重部分位于模块的最东侧和最西侧，即靠近炉墙的部分。

三、原因分析

1.流动加速腐蚀

流动加速腐蚀(FAC)是一种可以导致敏感系统中碳钢材料大量损失的一种产生管道壁面材料剥侵蚀机理[1-4]。受液体流动影响，常发生于局部区域，通常情况下发生在90～230℃之间。

低压蒸发器性能保证工况下工作温度为167℃，正常运行时温度大约在150℃，处于FAC活动区域。对运行工况下低压蒸发器出口管的流速进行了计算，并与性能保证工况下数据对比，低压蒸发器流量超过额定约6t/h（额定值57.4t/h，实际值63.6t/h），上升管流速由21.15m/s上升为27.81m/s，更加剧了腐蚀速度，流动加速腐蚀为低压蒸发器出口管减薄泄漏的主要原因。

2.温度场偏离设计

余热锅炉内部受热模块与烟道两侧墙之间空隙较大，虽然设置了烟气挡板，但现场检查发现烟气挡板之间存在较大空隙，使得烟气旁通；受热各模块之间存在较大孔隙，未设置烟气挡板，形成烟气漏流通道；每组受热面上下集箱和不带鳍片的连接管的位置虽设置了烟气挡板，但热态余热锅炉膨胀后产生间隙（原设计未考虑膨胀后密封），同时由于部分烟气挡板安装工艺不良造成膨胀受阻，这样不可避免使炉膛内烟气流场偏离设计值，从而使炉膛内温度场发生变化，造成部分换热管吸热量过大，提高低压蒸发器上升管内的两相流体流速，进一步加快管材腐蚀。

3.低压汽包压力过低

低压蒸汽系统采用滑压模式运行，目前运行情况下，汽机未达到额定负荷，低压补汽流量已高达63.6t/h，远超额定值57.4t/h。同时，低压汽包的运行压力也仅为0.5MPa（额定值为0.67MPa），饱和水温度也相应降至150℃左右。温度降至150℃和低压蒸发器流量增大进一步加强了低压蒸发器出口管的腐蚀。

4.pH值无法有效监测

按制造厂说明书，低压炉水pH值控制不低于9.5[5]，但低压炉水取样点位于低压汽包连排管，加药点位于低压汽包内，不能直接监测低压蒸发器内蒸汽的pH值，不能确保pH值控制符合要求。

四、处理对策

1.升级出口管材质

碳钢材质极易发生流动加速腐蚀，可将低压蒸发器出口管材质由20G升级为15CrMoG。该合金钢中含有的Cr、Mo等合金元素有助于在管壁表面形成致密耐腐蚀氧化膜，减缓流动加速腐蚀速率。

2.改造烟气阻隔版

由于安装原因，受热面两端及管屏之间间隙过大，运行中形成烟气走廊。可对现有各模块两端及管屏中间间隙进行测量，重新设计烟气阻隔板，消除烟气走廊现象。

3.定压低压蒸汽运行

将低压蒸汽系统进行定压模式运行，提高低压蒸汽的压力，相应低压蒸发器内介质温度会上升，流量也会降低，可合理避开流动加速腐蚀最严重的运行区间，有效减缓流动减速腐蚀。

4.优化取样加药点

针对不能有效监控低压蒸发器内介质pH值的情况，将取样点移至低压汽包定排管上，使所测pH值接近于低压蒸发器内介质的pH值；将加药点移至低压汽包下降管上，使得药品直接加至低压蒸发器内，可准确地对低压蒸发器内介质pH值监控，确保低压汽包PH值不小于9.5，满足制造厂设计要求。

五、结语

由于多数制造厂家在设计和制造E级燃机配套余热锅炉时经验不足，已有多家E级燃机电厂投运时间约2年后发生此类问题。本文通过实例，对低压蒸发器出口管泄漏原因进行分析并提出处理对策，并在实际工作中加以实施，取得成效，可为其它燃机电厂防止“四管”泄露提供借鉴。

[1]王利宏，单建明，李伟，屈昌文.联合循环余热锅炉中的流动加速腐蚀[J].发电设备，2010，6（24）：409-413.

[2]Masanori Naitoh，陈耀东，Shunsuke Uchida，Hidetoshi Okada.流动加速腐蚀引起的管壁减薄分析及验证[J].金属学报,2011，47(7):784-789.

[3]张东兴，朱文涛，黄昊等.凝结水系统流动加速腐蚀处理方法的研究[J].发电与空调，2015(3):27-30.

[4]陈菁，邓勉.余热锅炉中流动加速腐蚀预防[J].中国科技信息，2015(19)92-94.

[5]东方锅炉（集团）股份有限公司.余热锅炉使用说明书[Z].2010:55.

周军（1970-），男，江苏省扬州市人，就职于江苏华电仪征热电有限公司，高级工程师，硕士学位，从事电力基建和生产管理的研究。