2016年度上海并网发电厂发电锅炉“四管”泄漏统计及案例分析

陈 捷，陆 云

(1.上海外高桥发电厂有限责任公司，上海 200245；2.国网上海市电力公司 电力科学研究院，上海 200437)

发电技术

2016年度上海并网发电厂发电锅炉“四管”泄漏统计及案例分析

陈 捷1，陆 云2

(1.上海外高桥发电厂有限责任公司，上海 200245；2.国网上海市电力公司 电力科学研究院，上海 200437)

汇总了上海电网2016年度发电锅炉“四管”泄漏统计数据，列举各发电厂泄漏的典型案例，结合历年发电锅炉“四管”泄漏次数和原因进行比较。就目前上海地区电网发电机组“四管”与其他设备泄漏的现状，如何减少和避免锅炉设备爆泄次数、消除安全隐患、确保锅炉安全运行提出一些建议。

发电厂；锅炉；“四管”泄漏统计

上海并网发电厂在机组大、小修中都非常重视对发电厂锅炉的防磨、防爆检查，结合发电锅炉防磨防爆和定期检验，对检查发现的薄弱环节和缺陷隐患进行认真处理和做好防范措施，有效地避免和减少了锅炉“四管”爆泄的发生[1-3]。机组在正常运行时，金属专业通常是“四管”(过热器管、再热器管、省煤器管、水冷壁管)泄漏导致机组停机。截至2016年底，上海地区并网电厂共有900 MW级以上机组6台，600 MW机组6台，300 MW级机组16台，燃气轮机机组20台，其他小机组19台，总装机容量约19 500 MW，全年平均爆泄率总体上达到了监督目标管理的要求(≤2次/台·年)。本文重点对上海地区电网发电机组“四管”与其他设备泄漏的现状进行分析，并提出相应措施。

1 “四管”泄漏典型案例分析

1.1 12号炉级过热器泄漏

2016年1月23日12:30分，某300 MW电厂运行发现炉12给水量大于蒸汽流量70 t左右(查sis系统，当时机组负荷232 MW/15.9 MPa)，就地检查发现50.6 m处(9楼半)有较大的泄漏声，降压运行(机组负荷约163 MW/10.73 MPa)，汇值长，联系炉修确认泄漏。23日15:00左右，锅炉检修部加热面班检修人员以及部门有关人员对炉12炉管泄漏进行确认，根据声音和位置判断可能是炉12末级过热器发生泄漏。 1月25日12:30分左右，炉12停炉(停炉前机组负荷132 MW/7.9 MPa)。

1月27日10:00分左右，锅炉检修部和金属试验室组织人员进入炉膛内检查，发现末级过热器管(锅炉51.6 m高度)B数第八排至第十三排直管段存在较大面积的吹损，部分已贯穿泄漏。1月28日18 ：00时共更换B数第8至第13排管屏中的管子数量共55根。

12号炉末级过热器管排材质为12Cr2MoWVTiB(钢102)，规格为Φ51 mm×7 mm，自12号炉1991年投产运行至今未更换。55根被更换管子均无明显涨粗迹象，其中52根管子明显有吹损减薄痕迹或减薄后造成的爆口。

另外3根管子的爆口形貌则完全不同，分别是B数12排第6根、10排第8根、9排第7根。此3根管子的共同特性为：均无明显涨粗迹象；爆口均为线条状，方向一致，端部均存在长度不等的裂纹；漏点位置高度基本一致，均在51.6 m左右处。

依据现场检查比对，基本可以确定此3处即为此次末级过热器爆管事件的初始泄漏点。1月23日发生泄漏后，机组继续运行至1月25日，过热蒸汽泄漏量逐步增大，管屏吹损范围也进一步扩大。

金相检查：金属试验室对初始泄漏点B数第10排第8根进行取样分析，金相取样位置为远离初始泄漏点约400 mm处(A点，无吹损痕迹)和靠近初始泄漏点约80 mm 处(B点，有吹损痕迹)，试样经制备后置于PME3金相显微镜下放大200倍观察,比对结果显示两处基本无太大差异，末级过热器管(钢102)贝氏体形貌基本消失，碳化物数量众多，且较多颗粒聚集长大成为一体，并向晶界聚拢。实验室泄漏管子宏观照如图1所示。泄漏点金相图片如图2所示。

图1 实验室泄漏管子宏观照

图2 泄漏点金相图片

依据《火力发电厂金属技术监督规程》DL/T 438—2009附录C对C点和D点进行硬度检测，检测部位硬度值分别为170～176和168～175 HB。检测结论为处于控制范围的下限值。

通过以上金相和硬度检测，12号机组经近20万h运行后，末级过热器管(钢102)材质老化严重，各项性能指标下降，具有沿晶开裂倾向。

内壁剖面检查：将B数第10排第8根初始泄漏点处剖开，内壁检查发现裂纹形态明显，呈纵向直线分布，长度约40 mm。

经以上试验和分析，12号炉末级过热器管排管子泄漏和爆管的主要原因如下：

(1)12号炉末级过热器B数12排第6根、10排第8根、9排第7根为本次末级过热器爆管事件的初始泄漏点。

(2)1月23日发生泄漏后，机组继续运行至1月25日，过热蒸汽泄漏量逐步增大，管屏吹损范围也造成进一步扩大。

(3)12号炉末级过热器管排管子投运时间长，材质老化严重是主要原因。

(4)SIS系统图上显示的3次超温现象诱发了材质老化管子加速沿晶界开裂。

应对措施：

(1)根据管子受损情况，对泄漏和吹损严重管子(包括减薄破口和壁厚<5.5 mm)进行更换。

(2)本次抢修更换管子较多(共55根)，必须进行水压试验，并加强防磨防爆检查。

(3)运行人员必须规范操作，避免超温情况的发生。

(4)按照2016年的年度计划，必须尽快落实末级过热器管子的寿命评估工作。

(5)12号炉投运时间长，末级过热器管子材料老化严重，在条件允许情况下应对其进行改造。

1.2 7号炉水冷壁泄漏

2016年7月15日16:30左右，某超超临界1 000 MW 7号机组炉炉管报警，检修进厂定位，初步判断1号角89 m处发生泄漏，初步判断管子与鳍片焊接处泄漏。此时关注机组凝补水量，未发生较大波动。

根据安排，次日凌晨机组负荷下降至40%，给水压力下降至11 Mpa左右，流量降至1 000 t/h左右，堵漏公司进厂2:30左右进行带压堵漏，进行捻缝消漏处理。处理过程，炉内蒸汽泄漏声响较大，右墙第二根有爆口现象，判断蒸汽向内泄漏，立即暂停带压堵漏措施。

随即在管侧两边鳍片进行开口，插入不锈钢板处理，防止进一步扩大泄漏。为保障机组安全运行，现采取措施如下：

(1)增加不锈钢防吹损板，防止泄漏点吹损相邻管材，见图3。

图3 7号炉水冷壁现场示意图

(2)由于为水冷壁垂直管段发生泄漏，发现泄漏为7号炉1号角89 m处。焊缝处理过程中，水冷壁内漏严重，不排除二级过热器或二级再热器发现泄漏现场。发电部与市调协商，本周机组负荷较低，建议调停消缺。随即接报，7:05调度许可停机，9:32发电机解列。

抢修情况：

(1)根据现场情况，制定《7号机组水冷壁消漏方案》，计划本次水冷壁堵漏预计工作时间：根据计划停炉，待炉膛温度冷却至40℃，预计需48 h，进行水冷壁消漏措施，对发生爆管及减预计完工需29 h，其中维修24 h，静压上水3 h，炉内捉漏2 h。

(2) 实际抢修情况时，共发现右墙2根泄漏管(右1，右2)，减薄1根(右3)；前墙2根泄漏管(前2，前3)，减薄4根，共计更换水冷壁管9根。二级过热器和二级再热器管排没有发泄吹损泄漏现场。(现场割管见图4、图5)

原因分析：

(1)通过宏观检查，未发现明显表面裂纹。根据爆口形态，前2管爆口成型小，周围吹损形变严重，前3、右1、右2爆口成型大，周围吹损均为减薄扁平形态。故分析，前2为源发爆口，蒸汽泄漏后，吹损前3管壁，导致其爆管，随即吹损右墙管壁，导致部分管壁吹损减薄及爆管现场发生。

(2)通过对爆管及严重减薄管进行拍片检查，发现前2管爆口处，在其管壁母材上发现裂纹(见图6、图7)其他管材未发现明显裂纹。

(3)综合所述，前2管为源发爆管。此处鳍片与管材焊接为上锅厂原始电气包角焊，发生焊接未融合现场几率低，并且此处水冷壁为垂直段，水动力较好，应力变化小。故初步判断为，母材本身因材质、运行周期等原因，产生裂纹，最终导致爆管现象。

事件反措：(1)完善水冷壁应急预案，对各个受热面、换热面发生爆管，制定针对性抢修方案，保证抢修时效；(2)对水冷壁垂直段，加强磁粉检查，避免事件发生。

图4 7号炉水冷壁爆管图纸

图5 7号炉水冷壁割管

图6 7号炉水冷壁爆管裂纹

图7 7号炉水冷壁爆管现场

1.3 21号炉高温省煤器桩头管泄漏

2016年8月26日，某燃机电厂21号炉高压省煤器南至北第二排由西至东第12根省煤器上集箱与省煤器管焊接焊口下部破口泄漏，泄漏管子规格Φ38×2.5 mm，材质SA-210-C。爆口呈圆形，大小约5×5，破口周边壁厚约1 mm，相邻管道及集箱无损坏。

原因分析：局部冲刷所致，经检测冲刷致薄区域厚度约1 mm，破口边缘厚度 0.4 mm，未冲刷区域厚度2.5左右，且管壁内部可见有明显类似汽蚀气孔，见图8、图9。

图8 21号炉高省桩头管座泄漏

图9 高省桩头管座现场割管

(1)高压省煤器联箱接管出现的几次泄漏有共性。

(2)泄漏点均发生在集箱封头侧的两端处。

(3)泄漏接管弯管呈现不均匀减薄现象，且弯管外弧面减薄量更甚。

(4)弯管内壁尤其是外弧侧的宏观形貌为一种鱼鳞状的冲蚀态，而直管部分未有未有或少有此现象。

(5)送检的省煤器管试样金相组织初步分析结果为铁素体+珠光体，球化级别2级，组织正常，材质合格；基于上述材质分析结果和宏观形貌，可以初步认为泄漏主因在于管内介质冲蚀。

通过与邻近燃机电厂交流发现，该问题均有发生，有的燃机电厂该问题更突出，处理方式也基本一致，更换损坏接管。针对电厂出现的余热锅炉高压省煤器联箱接管泄漏问题处理方案为：

(1)结合试样失效分析最终结果，进一步明确失效最终原因，为彻底解决好该隐患提供真实有效依据。

(2)2016年11号机组C修期间结合金属监督项目，对余热锅炉高压省煤器、蒸发器进行联箱接管割管抽查，以确认目前高压省煤器联箱接管目前状况。

(3)目前处理方案，结合每次停炉，进行水压试验来查验受热面状态，一旦遇到漏点，进行局部更换炉管。

(4)2017年检修时进行大面积更换炉管。

1.4 1号锅炉屏式过热器泄漏

2016年9月8日10：05，某燃煤电厂锅炉作业区点检在对1号锅炉区域检查过程中听见异常声音，经确认为9楼锅炉炉管泄漏。汇报厂部后，由电厂向上海市电力公司提出1号机组紧急停机、抢修申请，市调批复抢修时间为9月8日16：00～9月12日8：00。1号机组于12：00开始停机操作，于13：55发电机组解列。9月9日15：00～16：00 进入炉内检查炉管泄漏情况，检查确认 泄漏炉管为锅炉3次过热器第6屏炉管，最内圈夹管，材质为TP347H/10CrMo910异种钢，尺寸48.3*8，断裂管道被蒸汽吹动，甩起约20 m长的管道，打击到后续二再、三再、四过受热面，并打击到顶棚受热面。遂安排紧急采购相关炉管和弯管制作和现场抢修。抢修于9月15晚结束，9月16日8:36锅炉点火，于20:11发电机并网发电。

泄漏炉管为锅炉三次过热器第6屏炉管，最内圈夹管，材质为TP347H/10CrMo910异种钢，尺寸48.3×8，断裂管道被蒸汽吹动，甩起约20 m长的管道，打击到后续二再、三再、四过受热面，并打击到顶棚受热面。因此受热面损伤范围广，检查工作量大，初步确认为炉管短时超温破裂，破裂的管子在巨大的蒸汽能量的推动下扫到后续周边受热面管使之损伤。

从破裂炉管现状分析如下：

(1)这是典型的炉管短时超温过热现象，即管内蒸汽冷却作用受阻或减少，导致炉管金属材料温度短时间内急剧提升，超过该材质的许用温度而使其耐压强度急剧下降，在内压下鼓包破裂。

(2)从破裂管子内壁检查分析，管内壁残留氧化皮垢，说明寿命炉管经年运行，其内壁逐渐形成氧化皮垢，其易在锅炉多次冷热态起停过程中逐渐脱落，易汇集到管屏管底部弯头处造成阻塞或阻碍蒸汽流动冷却而使传热停滞。

暴露问题：(1)过热器管内壁氧化皮垢量发展缺乏有效监测；(2)锅炉启动过程需要优化改进，如增加放汽频次。

纠正整改措施或建议：(1)对爆裂的中间弯管与直管进行了更换处理；(2)对二次再热器炉左数第7屏11、12根损伤管道进行打磨堆焊处理；(3)对炉左数第41、42根炉顶过热器进行打磨堆焊处理；(4)对炉左数第10根弯曲变形的后水冷壁悬吊管进行加热矫正处理；(5)四次过热器14、15、16屏冲刷部位加强后期观察。

2 “四管”泄漏统计次数及原因比较

2016年度上海地区并网电厂“四管”泄漏和承压部件泄漏共发生34次，其中900 MW以上机组发生1次，600 MW机组发生1次，300 MW以上机组发生14次，125 MW机组以下发生18次。

2015年度上海地区并网电厂“四管”泄漏和承压部件泄漏共发生20次，其中900 MW以上机组发生1次，600 MW机组发生2次，300 MW以上机组发生5次，125 MW机组以下发生12次。

2016年度上海地区涉网电厂共发生“四管”和承压部件泄漏34次，其中水冷壁泄漏发生5次，省煤器泄漏发生6次，过热器泄漏发生12次，再热器泄漏发生2次，其他部件发生泄漏1次。

2015年度上海地区涉网电厂共发生“四管”和承压部件泄漏20次，其中水冷壁泄漏发生7次，省煤器泄漏发生6次，过热器泄漏发生3次，再热器泄漏发生0次，其他部件发生泄漏4次。

2016年度上海地区涉网电厂共发生“四管”泄漏34次，其中由于原材料缺陷原因泄漏发生3次，由于焊接质量原因泄漏发生2次，由于磨损减薄原因泄漏发生15次，由于短时过热原因泄漏发生3次，由于长时超温原因泄漏发生1次，由于设计原因泄漏发生8次，由于其他原因(包括鳍片拉裂、材质老化等)泄漏发生2次。

2015年度上海地区涉网电厂共发生“四管”泄漏20次，其中由于原材料缺陷原因泄漏发生4次，由于焊接质量原因泄漏发生4次，由于磨损减薄原因泄漏发生4次，由于短时过热原因泄漏发生1次，由于长时超温原因泄漏发生1次，由于设计原因泄漏发生1次，由于其他原因(包括疲劳裂纹、材质老化等)泄漏发生5次。

3 降低“四管”泄漏次数应对措施

3.1 加强运行管理，做好运行调整，控制烟气流速

烟气的流速对受热面的影响很大，因此运行调整首先要控制好烟气流速。控制烟气流速应在锅炉燃烧和传热的前提下，尽可能的降低水平烟道处过量空气，控制好炉膛负压，及时调整风量，保证送风和引风的均衡。减少烟气中的飞灰含量也可以从经济角度考虑提高烟气流速。烟气中飞灰含量降低后可以很大程度上减少受热面的磨损。随着电厂掺烧煤技术的应用，调整煤比参配或制粉系统可以减轻烟气中的飞灰量，如采用较细的煤粉细度，降低飞灰的撞击动能，压制火焰高度，使飞灰能够以焦渣的形式沉入炉膛底部的捞渣机中等。

在运行调整中还应严格控制管壁温度，减少和杜绝超温现象的出现。及时调整减温水量，减少管子特别是过热器管子的介质短路现象，减少火焰烧偏或贴壁，都可以减少超温的出现。超温大部分出现过热器部位。

过热器超温同锅炉负荷有关系，锅炉负荷增加，过热器温度也随着升高；还与过量空气系数有关，过量空气增加，烟气流速增大，对流传热加剧，导致过热器温度升高；给水温度升高，过热器温度也随着升高；受热面结焦，过热器温度也随着升高等，对于再热器同样存在上面的问题。运行调整是一个综合性的调整过程，不仅要调整好减温水量控制蒸汽温度，同时要调整好燃烧稳定、及时吹灰保持受热面干净、控制好烟气流速和过量空气系数、根据燃煤的特性合理选择燃烧方式和调整燃烧角度等。

3.2 加强焊接管理及原材料监督

从事故统计中可以看出，安装焊接缺陷是威胁电厂主设备安全运行的隐患之一。因此，各电厂要吸取教训，把焊接管理放在首位，一方面重点抓好焊工培训与上岗前的焊接工艺评定工作。另一方面要要严格焊接检验制度，切实加强焊工自检，技术人员专检及无损检测人员检测的工序制度。

在机组运行正常运行中也存在因在机组安装时错用钢材而引起的泄漏事故。因此领购的合金材料及零部件在使用前，必须进行100%光谱分析，严防钢材错用。对高温紧固件备品，使用前进行了100%硬度复查和100%超声检测。

3.3 加强加强检修和基建施工管理

按照相关规定和考核办法，加强文明施工管理和考核，加强施工人员素质教育，做到工完料清。杜绝生产垃圾落入锅炉四管、联箱内。减少因异物堵塞造成的锅炉“四管”短期过热破坏。

3.4 加强受热面的监视、检查和治理的力度

利用每次检修和停炉机会对受热面进行检查和冶理，做到逢停必检。加大受热面的防磨防爆检查和投入。加强对尾部低温过热器、低温再热器、包覆过热器等检查的力度。对在检查中发现变形的管排应及时进行调整，防止烟气走廊的形成，使烟速均匀；对烧损、脱落的护瓦进行重新安装；针对煤质灰份大、尾部易磨损现象，应超前防范、控制风险，对弯头及其它磨损严重的部位采取必要的防磨措施如安装护瓦、喷涂耐磨涂料等来减少磨损破坏。

3.5 做好“四管”泄漏事故失效分析工作

要求电厂对四管爆漏事故要如实记录爆漏前的运行工况及处理措施。认真分析每一起“四管”爆漏事故，查明原因，明确责任，以便吸取教训，采取相应的改进措施。

4 结语

“四管”泄漏是对发电锅炉来说是一个永恒的主题，是经常性的工作，杜绝四管泄漏也是很难实现的，只有对泄漏进行根据原因的防治和预防。做好运行调整是防止四管泄漏的措施，运行调整主要从防止超温、防止烟气流速过大、防止火焰烧偏、防止结焦等方面着手。受热面的防磨是从外部治理，在其他条件不能满足时采用防磨可以减缓磨损进度。根据电厂的实际情况合理选择防磨型式，可以从经济和效益方面综合考虑。提高各级人员的责任心是防止四管泄漏的关键。锅炉自安装以后其许多设备是难于更改的，只有结合现有设备的特点做好设备改进，及时消除设备缺陷才能保证锅炉设备的安全可靠稳定运行，真正实现稳发多供的电厂生产宗旨，从而确保电网的安全。

[1] 陆云，李驹.2016年度上海并网电厂金属技术监督总结[R].华东电力试验研究院有限公司， 2017.

[2]窦怀武.锅炉四管泄露原因分析及处理[R].国电靖远发电有限公司，2010.

[3]胡安.锅炉“四管”泄露原因浅析[R].哈尔滨锅炉厂有限责任公司,2012.

(本文编辑：杨林青)

Statistics and Case Analysis of Shanghai Grid Plant Power Boiler Four-Tube Leakages in 2016

CHEN Jie1，LU Yun2

(1. Shanghai Waigaoqiao Power Generation Co., Ltd.，Shanghai 200245, China；2. State Grid Electric Power Research Institute, SMEPC, Shanghai 200437, China)

This paper summarizes the statistical data of four-tube leakages of power plant boiler in Shanghai grid, enumerates the typical leakage cases in power plants, and compares with the previous four-tube leakage rate and reasons. In view of the current situation of the four-tube leakages and other equipment leakages of the generating units in Shanghai grid, some suggestions are proposed as to how to reduce and avoid the boiler equipment explosion venting rate, eliminate security risks and ensure the safe operation of the boiler.

power plant; boiler; four-tube leakage statistics

10.11973/dlyny201702017

陈 捷(1975—)，男，工程师，从事发电企业金属技术管理工作。

TM621

B

2095-1256(2017)02-0170-06

2017-02-06