热电厂锅炉水冷壁鼓包和爆管原因分析

高超

摘 要：在火力发电厂机组运行的过程当中，锅炉的水冷壁出现鼓包爆管的情况经常发生， 这直接给机组的运行安全性和稳定性造成了影响，进而影响到电厂的经济效益。所以如何能保证锅炉运行的安全性，改善和解决水冷壁鼓包爆管的问题就显得尤其重要，需要我们首先积极进行分析，之后总结可行的策略。本文结合热电厂锅炉水冷壁出现的鼓包爆管事故进行原因分析，总结了一些可行的对策，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。

关键词：水冷壁；鼓包爆管；吹灰器；磨损超标

在整个锅炉机组当中，水冷壁是其中最为重要的一个受热面，就作用来说，其可以直接吸收燃烧所产生的热能，让水分受热，进而产生蒸汽，对炉墙形成足够的保护作用，避免炉渣以及所产生的高温破坏炉墙。与此同时其还有降低炉膛出口烟气温度以及选调炉墙的作用，不难看出，对于整个设备的安全运行来说，水冷壁是非常重要的。

一、设备概况

本次案例分析选取某电厂新近发生事故的五号机组。该机组为国产660MW发电机组，类型为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，结构为单炉膛，中间再热，燃烧方式为四角切圆，并且能够实现固态排渣。为了能够避免燃烧时损坏水冷壁，在炉膛外璧设置了钢梁，能够让其在各方向同步膨胀。

二、锅炉水冷壁爆管成因

其实能够导致睡了能比爆管泄露的原因非常多，所以我们应该正确看待每一次爆管泄露事故，其都是由于多个因素共同构成的。

（一）超温

正常来说，水冷壁管壁的温度并不会维持在较高的水平，所以受热面本身是处于安全状态下的，但是如果燃烧调整出现问题或者锅炉水质存在问题，就会直接导致超温爆管问题，如果炉膛的燃烧距离和水冷壁距离太近，就会提高该区域的热负荷也会引起水冷壁结渣问题。如果水冷壁汽化太过密集，也可能会在管壁上形成一个完整的气膜，导致出现沸腾的情况，进而导致关闭温度的陡增，产生超温爆管的危险。

（二）腐蚀

（1）管外腐蚀

在管壁外侧出现腐蚀，其成因就是由于炉内的烟气不断向管外流动，在燃烧具有较高水分和硫成分的煤时很容易出现这个问题，管外壁频繁接触二氧化硫、三氧化硫等材料，就会导致腐蚀。靠近的一侧存有黑色沉积物，并且和管壁之间非常紧密，久而久之就会腐蚀管壁。

（2）管内腐蚀

正常来说，水冷壁管的内壁会涂有一层四氧化三铁的保护膜，这层保护膜会起到一定程度的保护作用，如果锅炉用水pH值不合理就会破坏保护膜。相关研究认为，锅炉水pH值介于9和10之间，对保护膜的稳定性效果最好，反之则容易出现酸性或碱性腐蚀。

（三）磨损

（1）颗粒物磨损

造成颗粒物磨损的主要成因是喷燃气安装角度出现了偏离，和设计不符，或燃烧半径太大等等情况。同时在炉膛内高负荷的情况下一次性送入太多煤粉，或者风速过高，都会导致气流对冷壁管造成冲刷，导致磨损。燃烧过程中如果含氧量不足，无法实现充分燃烧，延长燃烧时间，也会导致烟气排放过程中携带大量颗粒，破坏水管壁。

（2）吹灰磨损

在机组运行过程中必须通过吹灰器的吹扫来降低水冷壁壁温、防止水冷壁大面积结焦而影响换热效果。与此同时所产生的的蒸汽吹灰磨损伴随着吹扫次数的增加而导致了水冷壁管壁磨损超标，从而发生爆管事故。

（三）掉焦磨損

水冷壁在工作过程中，受空气动力场不稳定和燃烧组织不当等导致管壁结焦，因除焦方法不当或焦渣自行掉落等都会造成管壁的磨损，严重时会出现炉焦砸爆锅炉水冷壁的现象。

三、该机组水冷壁爆管事故原因分析及处理结果

（一）事故经过

该5号机组在42MV负荷运行，运行人员发现锅炉给水流量不正常的大于蒸汽流量且水位、汽压和烟温下降明显，就地处能够听到蒸汽喷出的声音，经过请示后采取了停炉措施。经检查发现水冷壁泄露处为机组2号角由北至南第一层第2台吹灰器上数第5根水冷壁管，该吹灰器周围区域管子磨损也十分严重（最薄处仅有2.1mm）。同时其余炉膛短吹周围也发现不同程度磨损的水冷壁管共计60余处。

（二）原因分析

5号锅炉炉膛吹灰器采用的是IR-3D型短吹灰器，吹扫介质为蒸汽，压力为1.4MP，温度为≦350℃，吹扫半径为2m。其工作时喷头向前运动，到达水冷壁管后的吹扫位置按设定的吹扫角度旋转，喷出的高温高压蒸汽将附着在吹灰器周围水冷壁管上的积灰吹除，同时蒸汽也对水冷壁管造成了一定程度的磨损，随着时间的积累以及吹灰次数的增加，水冷壁管减薄超标直至出现爆管事故。

（三）处理过程

对爆管的水冷壁以及磨损减薄超标（磨损超过设计壁厚30%）的水冷壁进行割除换管，对未超标的水冷壁进行焊补处理，并将部分短吹附近易磨损水冷壁加涂了耐火材料以减少蒸汽吹损。

（四）处理结果

时隔6个月后的定期检修中对未做任何处理、焊补以及涂抹了耐火材料的水冷壁管进行了测厚检查，经过焊补和涂料后的水冷壁管磨损明显比未做处理的水冷壁管磨损程度轻。因此，对水冷壁进行焊补、涂料有助于减少蒸汽吹损。

四、预防水冷壁爆管的措施研究

（一）运行方面

（1）运行人员应该精心组织燃烧，防止出现风速过高、热负荷过分集中、火焰偏斜、燃烧中心不合适、烟温偏差等问题，要密切关注炉管泄漏检测装置的信号特征，结合运行参数和现场声音认真分析。

（2）锅炉在低负荷运行或负荷变化大时，要严格控制炉管金属壁温，严禁锅炉超温超压，确保锅炉安全稳定运行。

（3）参配煤燃烧不合理容易造成水冷壁积灰程度加重，这势必导致了吹灰次数的增加，应结合实际在不影响机组安全运行的前提下尽量减少吹灰次数。

（4）吹灰器在吹灰前应先疏水，吹灰蒸汽的压力应尽量控制在许用值下限，在保证吹灰效果的前提下，降低蒸汽对水冷壁管的吹损程度。

（二）检修方面

（1）利用临时检修和定期检修的机会，积极组织专业技术人员进行层层排查，发现问题及时处理。特别对锅炉水冷壁冷灰斗、炉膛短吹、燃烧器附近区域等可能发生磨损和腐蚀的部位要重点检查，并做好检查、检修记录。

（2）采取换管或焊补处理后，要进行100%金属无损检测，对焊口、焊补部位进行缺陷检查，发现问题及时处理。

（3）在吹灰器、燃烧器附近的水冷壁管处加装防磨装置或者涂抹耐磨材料以减少对水冷壁管的磨损。

（4）采用更加耐磨耐高温的新型管材，彻底更换易发生磨损区域的水冷壁管。

（5）采用更加先进的脉冲声波吹灰技术，彻底消除蒸汽吹损。

（6）由于水质较差，水冷壁管内壁结垢降低了其传热效果，引发局部过热；长期运行中的局部过热引起水冷壁钢管耐热强度的下降，钢管在工作压力下发生塑性变形形成鼓包；炉管的局部堵塞会引起短时过热，导致产生鼓包的位置无法承受工作压力而发生爆管。

（7）建议采取提高水质的措施，防止结垢。

四、结语

对于热电厂来说，机组水冷壁的安全性会直接给整个机械的安全性能造成影响，一旦出现了水冷壁爆管事故，就会给电网的安全运行造成严重影响，也会导致热电厂经济效益大打折扣。本文结合实际案例总结了一些水冷壁爆管的相关成因，之后总结了一些运行检修对策，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。

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