火力发电厂锅炉受热面管泄漏原因分析

2020-12-18

中国科技纵横 2020年14期

（中国特种设备检测研究院，北京 100020）

0 引言

大型火力发电厂目前依然是我国能源市场的重要组成部分,而保障火力发电厂的稳定运行依然是当前的重中之重。火电厂想要保证电力供应的稳定性与可靠性，就需要锅炉长期处于高负荷运行状态下。以某地火力发电厂为例，近十年累计发生19次泄露情况。2010年5次、2011年3次、2013年1次、2015年4次、2016年3次、2017年2次、2019年1次。根据历次泄漏情况与技术原因，原因与次数汇总如表1所示。

表1 泄露原因汇总

如果火力发电厂在正常运行中锅炉受热面发生泄漏事故，则需要关闭锅炉进行维护，产生一系列的检查费用、维修费用、停机费用以及其他损失，影响火电厂的供电能力和经济效益。因此，深入系统地研究和分析锅炉受热面管的泄漏原因和对策具有重要的实践意义。

1 锅炉受热面管失效的原因

1.1 设计师的参数设计与材质选择不合理

锅炉受热面作为热能转换的主要设备，在根据各参数的极限值来科学选择时，在符合高温、高压、塑性等要求外，还需要依据标准对冲击韧性、耐蠕变性、耐腐蚀性等特性进行选择。如所选择的材质耐高温性能未到达相应标准，会导致锅炉的温度偏差过大、管道材料的蠕变，增加泄露的风险。

1.2 安装质量未达标

安装质量未达标是造成泄漏及锅炉意外故障的关键因素之一，未达标的锅炉安装质量会给日常运行带来安全隐患。安装质量未达标会降低锅炉受热面的承受能力，并导致锅炉受热面管泄漏的数量增加，使得正常的火力发电厂的安全生产无法有效进行。

1.3 焊接质量不合格

焊接质量不合格是会影响锅炉受热面管设计规范性。由于受热面管长期处于高温高压的工作环境下，若焊接质量不符合相应的标准，就有可能会直接影响到受热面运行的可靠性。究其原因是焊接工艺和质量未达到要求，很容易在进行焊接的过程中，会出现未熔合、咬边、未焊透等现象，导致焊接效果不合格，从而在受热面管的长期运行过程中容易出现泄露现象[1]。

1.4 受热面超温

火力发电厂的锅炉高温受热面处于烟气温度较高，工作环境较差的地方，极其容易产生短期超温和长期超温的情况。短期超温指的是壁温超过了受热面材料的下临界温度，引起材料许用应力下降进而引发面管爆裂。长期超温指的是管壁温度低于材料的下临界温度但高于材料的设计温度。在运行过程中，过热时间长且温度值较高，会加快锅炉受热面管的蠕变速度，内部组织发生变化，从而引发面管薄弱部分的破裂。

1.5 管壁结垢

水垢是锅炉高温运行过程中不可避免的产物，其导热系数比面管的导热系数差距极大，导致管道的热阻增加和传热效果下降，容易导致管壁局部过热、鼓包和泄露，严重影响锅炉的安全运行。并且当水垢大量附着于管壁，会导致排烟温度升高，需要消耗更多的燃料才能导致达到正常的水温。

1.6 使用磨损

使用磨损主要包含机械磨损和飞灰磨损。锅炉受热面的机械磨损的产生原因是受热面管的屏间夹持管与管子接触处经长期高温变形，运行时受炉膛烟气影响产生晃动，造成管子振动并与管卡相磨,使管壁减薄。当管壁不断变薄到特定极限时，在内压的作用下，导致泄露事故的产生。飞灰磨损的产生原因为在锅炉超负荷运行时，受炉型结构、受热面布置、烟气流速方式、烟气含尘浓度等各种因素影响，导致飞灰的产生与烟气流速过快，从而导致受热面的磨损越严重。

1.7 受热面管腐蚀

锅炉受热面管通常为碱性腐蚀、低温硫腐蚀与腐蚀水侧氧腐蚀。碱性腐蚀指的是炉管内部存在氯化物和硫酸盐时，当管道水中出现较多的氢氧化钠及水垢，会因管道水的收缩而产生浓度较高的氢氧离子，导致碱性腐蚀的发生。低温硫腐蚀发生在省煤器外壁和烟道尾部低温受热面，主要因为排烟温度过低，关闭温度低于烟气露点，省煤器外壁低温流含量过高。水侧氧腐蚀成因于补给水的占比较大导致氧含量增加，而管道水中溶解的氧气由于受热溶解度变低而逸出，同时企业对于蒸汽锅炉的除氧不及时，导致金属在水环境下的腐蚀。

1.8 缺水现象

管道缺水会导致管道过热、受热变形及锅炉爆炸。在锅炉运行过程中出现异物堵塞和热负荷最大的地方都会导致缺水现象。异物堵塞使得水循环的平衡遭到破坏导致局部水温过高。热负荷极大的管子产生供水不足，使管壁的流动水产生汽化现象，导致温度超过临界值而烧坏管道。

2 工艺预防对策

2.1 严格检查焊接质量

因为锅炉组件和结构十分复杂，在对其组件和局部结构焊接时，需要严格执行操作流程。监管时从把控好焊接质量出发，严格执行国家和行业的标准和规范。同时需要依据管理办法和企业规定定期进行基础设备检修，保证锅炉受热面可按照设计方案正常运行[2]。

2.2 严控防磨防爆

防磨防爆的解决方法是优化燃料配比和合理布置烟道截面。合理的燃料配比会让燃料中的氯、钒、硫等元素成分较低，从而降低有害物质进入管道。合理布置烟道截面，能合理控制烟气流速，降低运行风量，降低锅炉受热面泄露的可能性。在检修或停炉时对受热面的日常检查，定期保养维护，争取在锅炉未处于工作状态时，安排人员对受热面检查、漏风检查和埋管防磨片更换，防止烟气走廊的出现。

2.3 双重保护机制，防止缺水

企业应采取双重保护相结合的措施来防止缺水现象的发生。双层保护能有效的防止在其中一种方法失效时能及时使用另外的保障机制去保障锅炉正常运行。企业可采用多重水位保护机制和排烟温度异常锅炉自动停机的双重保护机制。针对于当烟气温度过高引起水蒸汽大量蒸发，容易导致缺水的状况，可以设置自动停机装置来避免泄露或爆破等事故。

2.4 防范氧腐蚀与低温硫腐蚀

对锅炉给水的水质进行加强管理，时刻监测炉水中含有氧气和二氧化碳含量，并制定警戒含量，当出现异常时，采用化学除氧与除氧器并用的方式快速对氧含量进行降低。防范低温硫腐蚀主要在于控制硫的来源，采用低硫燃料和自备脱硫技术能大量减少硫的含量，从而能有效减少低温硫腐蚀。另外，企业应该去增加对过量空气系数的控制，提高排烟温度，进而能有效地减少三氧化硫的诞生。

2.5 增强对机组运行监控的力度

在锅炉的正常运行过程中，企业应对机组的运行状况进行实时监控与控制，如严格控制烟气流速、控制燃料和脱硫剂等粒径和物料成分，准确控制锅炉受热面的温度，从而降低锅炉受热面的磨损量。同时，在日常维护和停炉时，完善防磨、防腐措施，加强对锅炉关键位置的检查，有效了解管子的使用状况，及时对缺陷部分进行有效维护。采用新技术、新方法来增加设备的使用寿命。