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国产锅炉四管漏泄原因分析及解决措施

1概况
随着现代电站的不断发展，电站锅炉越来越更加庞大而复杂，任何一个零部件的损坏，特别是承压部件的损坏都可能导致机组停运。尤其是国产机组整体设计大部分是引进技术，在设计上存在着技术上的领会不透，系统考虑不**等等原因，而在制造上要求上又不能达到设计标准，导致运行中的锅炉水冷壁、过热器、再热器和省煤器（以下简称锅炉四管）等部位漏泄约占锅炉全部事故的40--60%，甚至达70%，因此减少锅炉四管漏泄次数，降低锅炉强迫停运时间是提高锅炉运行可靠性和经济性的关键因素。
铁岭发电厂一期工程4×300MW发电机组，发电锅炉配哈尔滨锅炉厂引进美国CE公司**技术制造的亚临界自然循环汽包炉，型号为HG-1021/18.2-YM4，锅炉按CE公司传统的单炉膛П型布置，燃烧器采用四角布置的摆动式，假想切圆逆时针旋转，切向燃烧。燃烧器可上下摆动±30度。炉膛断面尺寸为14048×11858mm。

2 四管漏泄情况统计分析
铁岭电厂4台锅炉自投入运行以来，截止到2005年12月底的四管漏泄情况统计分析（含水压渗漏）结果如下：
(1)按漏泄原因性质分类
各类原因漏泄次数比例  表1
原因次数比例
过热 26 31.33%
原始缺陷 23 27.71%
磨损 4 4.82%
焊接缺陷 21 25.30%
吹灰器 8 9.64%
其它 1 1.20%
合计 83

3 漏泄原因分析
从上面统计中可以看出，过热、原始缺陷、焊接质量、磨损、吹灰器故障等是导致四管漏泄的原因，而过热超温、原始缺陷、焊接缺陷是导致四管漏泄的*主要原因。发生的部位集中在工质温度和金属温度*高的再热器和过热器上。
3.1 过热超温
从表1中可以看出共有26次由于管材过热超温造成的漏泄，占数的32.14%，过热器和再热器是工质温度和金属温度*高的部件，受热面过热超温后，管材金属温度超过允许使用的极限温度，发生内部组织变化，降低了许用应力，管子在内压力下产生塑性变形，*后导致爆破。
3.2 原始缺陷
    共有23次由于管材原始缺陷造成的漏泄，占总数的27.38%，由于各种原因，钢铁厂钢管制造质量不能得到完全保证，管材在制造时发生的缺陷与钢铁锻压、延时的缺陷，即气泡、夹层、折叠、壁厚不均、退火**、晶粒度等加工诱发了其缺陷的发展。
3.3 焊接缺陷
从表1可以看出，由于焊接缺陷造成漏泄共有20次，仅后屏再热器夹屏管下弯头焊口热影响区裂纹共发生4次（其中3次为运行后的检修焊口，另1次为制造焊口）。这是四管漏泄主要原因之一，锅炉本体是由焊接安装在一起的，受热面的每一根管子都有很多焊口，整台锅炉四管焊口近7万余道，受热面是承受高温、高压设备，因此焊接质量对锅炉**经济运行有着重大的影响，焊口漏泄和结构应力、坡口形式、焊接材料、焊接参数、热处理工艺和焊工技术水平有关。

4 趋势及预防
从1993年—2005年，我厂受热面漏泄次数的整体趋势是逐步下降的。首先，铁岭电厂自96年开始针对受热面因为管子氧化、变形、膨胀受阻等情况而频繁发生四管漏泄等问题，对受热面逐步采取提高材质改造措施，取得非常好的成效。其次，逐步提高了运行水平，严格控制受热面温度，避免过热超温,同时对燃烧器上部反切风喷口及防止结焦采取预防措施。第三，厂部制定了积极的受热面检查的考核和奖励制度，奖罚分明，既加强了检修工作的责任心，又调动了积极性。使锅炉四管漏泄明显得到了控制，稳定了机组的生产运行。
4.1 过热超温
从1993年—2005年，我厂受热面由于过热引起漏泄的整体趋势是逐步下降的。我厂对受热面进行了提高材质的改造，主要是高温再热器和过热器。提高受热面材料等级，是行之有效的预防措施。另外，还要加强锅炉运行水平，在运行中加强燃烧摆动调节，防止炉内火焰偏斜，水冷壁结渣、炉膛出口温度偏高、过热器和再热器积灰，加强水、汽化学监督，避免受热面内的结垢，在结构上避免吸热和流量不均，在检修中避免出现错用钢材和焊接材料及异物堵管。
4.2 原始缺陷
从1993年—2005年，我厂受热面由于原始缺陷引起漏泄的整体趋势是不确定的。原始缺陷的产生是由多种因素造成的，在制造安装时埋下隐患，具有不可预知性和不确定性，属于历史**问题，随着锅炉运行小时数的不断增加可能会逐渐凸显出来。但是通过对受热面进行**、细致的检查，能够尽量避免或减少因为原始缺陷而造成的漏泄。这从锅炉分厂近几年大修全优可以体现出来。
4.3 焊接缺陷
    从1993年—2005年，我厂受热面由于焊接缺陷引起漏泄的整体趋势是逐步下降的。为防止由于焊接缺陷引起受热面漏泄事情的发生，继续加强对焊工的培训力度，改善焊接工艺，让每名焊工都详细了解缺陷性质，发生的部位、方向、尺寸、材料，然后进行判断分析，包括母材质量、热影响区、焊缝金属、接头形状、焊接条件、有无消除应力，加强各道工序的质量检验。
4.4  磨损及吹灰器故障
    从表1中可以看出，从1993年—2005年，我厂受热面由于磨损引起漏泄共4次。为了防止在形成烟气走廊地带的弯头及边排管磨损，加装护瓦和刷涂防磨料，效果明显。在平时大、小修和停炉临检时，及时对烟气走廊等易磨损部位进行检查，发现缺陷马上处理，基本能够解决磨损引起漏泄的问题。
    从1993年—2005年，我厂受热面由于吹灰器故障引起漏泄共2次。2005年3月8日1号炉水冷壁爆管和2005年4月25日1号炉水冷壁爆管的原因就是吹灰器发生故障，伸缩不到位，旋转不到位，造成对水冷壁定点直吹而爆管。同时，对其他吹灰器附近水冷壁管进行检查发现，多处吹灰器将临近的水冷壁管吹薄，*薄处为3.6mm（水冷壁管为Ø63.5×8mm）。这说明因为吹灰器发生故障而引起受热面漏泄已经是目前的突出问题。

5 锅炉工况的分析
减少和防止四管漏泄要从备件的加工工艺、运行操作和检修工艺三个*基本方面入手，坚持预防为主，****的方针。组织由锅炉检修、锅炉运行、热工、电气、化学、金属和热力试验人员组成的攻关小组，集思广益，做好基础工作，查找问题，分析原因，提出合理的措施，开展长期、经常性的防止受热面漏泄的工作。2000年铁岭电厂与哈尔滨锅炉厂研究所合作在#2炉上进行了较为**的工业性试验。
5.1 稳定工况试验
(1)热力参数比较
在不同负荷下锅炉热力参数试验值与设计值的比较?；槌隽腿攘Σ问伎纱锏缴杓浦?，但也存在着以下一些问题：
 主蒸汽压力偏低，再热蒸汽压力偏高
在100%ECR负荷下，主汽压力偏低0.5MPa，随着负荷的降低，差值见效，在50%ECR下，试验值稍高于设计值。再热蒸汽压力在高负荷下偏高0.3MPa，在低负荷下偏高更多。
 高缸排汽压力和温度偏高
在100%负荷下，高缸排汽压力偏高0.5MPa，排汽温度偏高13.6℃，随着负荷的降低，压力偏高的幅度略有减小，而温度偏高的幅度明显增大，在50%ECR下，达到57.7℃。
 排烟温度偏高
在100%负荷下，排烟温度偏高17.2℃，随着负荷的降低，偏高幅度增大，在50%ECR下，达到41.4℃。
 风量控制偏大
在100%负荷下，烟气中氧量偏高1.8%，在低负荷下偏大更多，在50%ECR下，过?？掌凳锏搅?.72。
此外，气轮机背压高，特别在夏季，这意味着发出相同的功率，需要更多的进汽量。这些问题的存在对机组运行的经济性和可靠性都不利。
 过热器焓增
过热器总焓增在50%，70%，100%ECR工况下，比设计值分别高出14.7%，9.8%，16.2%，但随着符合变化的趋势与设计值是一致的。焓增超出设计值的主要原因是火焰中心偏高，导致分隔屏和后屏过热器吸热量增加，末级过热器吸热量相对减少。在低负荷下风量偏大的因素起主导作用，末级过热器的吸热相对增大。
 再热汽焓增
除再热器总焓增在100%ECR工况下比设计值高出13.5%外，在50%，70%ECR工况下，比设计值低10%和1%。由于高缸排汽温度偏高（在5.%ECR高出设计值近50℃），为维持再热蒸汽出口温度，只能增加喷水量以降低再热气系统的入口温度，同时风量又偏大，致使再热气系统的各段吸热量分配发生变化。墙再和屏再焓增的变化趋势呈对流特性，与设计相反，末再的对流特性更强。
(2)炉内壁温
炉内壁温随负荷的变化。从炉内壁温曲线上可以看出，炉内壁温随着负荷的增加而增加，同时总体壁温水平偏高。处于水平烟道右侧和入口在三通涡流区中的屏再B5管壁温水平*高，这是热偏差与水利偏差相叠加的结果，实际运行证明了这一点，该管在管材提**次前常发生爆管。炉内壁温测点采用金属喷涂法安装热电偶，测量值是正误差，曾做过标定，试验值偏高10℃——15℃。
热偏差
(3)炉内烟风流动场分析比较
屏再出口沿炉宽方向的气流分布。右侧气流速度明显高于左侧气流速度，右侧*高达到11~12m/s，左侧为2~3m/s，右高左低的趋势与西安交大空模实验结果基本一致。左侧在5~6屏区域有一峰值，右侧在26~27屏区域*高。从冷态流速的分布中可以得出结论，四角切圆燃烧方式在水平烟道内存在着较大的流速偏差。带来如下几种情况：
 烟温偏差
从不同负荷下的屏再出口烟温分布来看，两侧烟温的偏差不大，不超过70℃。随着负荷的声高，出口烟温逐渐升高，两侧偏差则越来越小。沿眼到的宽度方向，烟温总体呈现“W”形分布。
从气流偏差和烟温偏差的分析中可以得出，水平烟道的两侧热偏差，气流偏差是主要影响因素。
 屏间偏差，管间偏差
    在过热器和再热器中，所谓的热偏差，即是偏差管的焓增与平均焓增的比值。壁温计算中，工质侧和烟气侧的热偏差系数。各级受热面的管间偏差和屏间偏差都高于壁温计算选取值。处于水平烟道入口的后平过热器的屏间偏差*大，因为这里沿炉宽方向上的热偏差*大。管间偏差以末级再热器*大。
5.2不稳定工况
(1)冷态启动
为冷态启动过程中，炉膛出口烟温及过热器、再热器的壁温变化曲线。在汽轮机冲转、升速、并网阶段，炉膛出口烟温均不超过538℃，炉内壁温不超过450℃，证明再热器在关旁路气轮机挂闸后的“干烧”状态下是**的。投一台磨，烟温迅速上升，过热器和再热器壁温亦随之升高。
 定压升降负荷
在定压升降负荷过程中分隔屏和低过的壁温变化曲线。定压升降负荷时，过热器和再热器壁温波动幅度较小，且均在报警值以下。以分隔屏和低过壁温为例，负荷从280MW降到240MW，再升回到280MW时，整个降升过程分隔屏和低过壁温的平均值为448℃和438℃，*高温度452℃和450℃，整个过程壁温是**的。
 滑压升降负荷
压升降负荷过程中分隔屏和低过的壁温变化曲线。在滑压过程中，主汽压力随符合的变化而变化。当气压降低时，汽化潜热增加，产气量减少，而热负荷的减小相对缓慢，故不仅过热器并且再热器亦有壁温升高现象。致使再热器的幅度较小。仍以分隔屏和低过为例。在滑降过程中，壁温逐渐升高，但均在报警值以下。在滑升初期较易超温，幅度为25℃~30℃，时间约持续15—20分钟。这是由于滑升初期，燃料量增加，烟温和烟气量较快发生变化，而过热器内工质流量的变化有一延迟过程，在这段时间差内，壁温容易超温。所以在滑升初期，要降低燃料量的增加速度。
 停高加
    给水温度的降低使省煤器和水冷壁吸热量增加，需投入更多的燃料，极易造成过热器、再热器超温。本次试验负荷在250MW时，各级受热面的壁温在报警值以下。在280MW负荷下停高加时，过热器超温严重，只能降负荷试验。因此在停高加时应严格控制运行工况，适当降负荷。

6 四管爆管原因分析
6.1切园燃烧方式的固有特点
四角切园燃烧方式所造成的炉膛出口和水平烟道内的两侧热偏差问题，是切园燃烧方式的固有特点。由于炉膛出口气流参与旋转强度的影响，使得位于炉膛上部的辐射受热面（分隔屏、后屏过和壁再）工质温度呈现左高右低的特性，而位于水平烟道中的屏再、末再、末过及低过的工质温度的分布特性为左低右高。由于偏差管壁温长期超过材料的极限使用温度而引起蠕变破坏爆管。并且这种问题多发生于屏式再热器及末级再热器热负荷较高的下完头向火面上。
6.2烟道高度方向热偏差增大
由于末级再热器布置在水平烟道上半部，造成下半部烟气短路，不仅增大了沿水平烟道高度方向上的热偏差，也使末级过热器入口烟温增高。
6.3 三通涡流区的影响
300MW锅炉受热面入口集箱的引入管，采用连T型三通，在三通附近的集箱中存在着二次涡流，使得集箱中的静压分布在径向和轴向上都发生了显著的变化。同时涡流影响区中的支管入口阻力也发生了很大的变化，结果就造成了该区域管组中的流量分配极不均匀，使得某些支管中的流量严重偏小，若该区域热负荷亦较大，极易导致管壁温度超过许用温度而发生爆管。
6.4 不稳定工况下的瞬时超温
不稳定工况下的瞬时超温，只要超温幅度不大，也不会对运行造成大的危害。
6.5 钢102的性能问题
钢102（12Cr2MoWVTiB）是我国在60年代研制的钢种。该钢材属珠光体型的耐热钢，具有良好的组织稳定性和热强性，抗氧化性和工业性能均较优良，可以用于工作温度在600~620℃的锅炉受压部件。
在300MW锅炉中，管子计算壁温在600℃左右的部分过热器受热面及再热器受热面，设计采用了钢102材料。运行中300MW锅炉的过热器、再热器受热面在高热负荷区域的102钢管普遍发生爆管事故，宏观检查均发现存在严重的表面氧化，实际情况说明，钢102材料的高温抗氧化性较差，不宜用于600℃的工作温度。

7 超温的改进措施
通过不断的技术改进，取得了良好的运行业绩，出力和参数都能达到设计值?；橥对顺跗诒┞冻隼吹闹饕侍馐撬墓苎现芈┬购驮诵兄谐鱿执罅拷峤沟炔晃榷ㄒ蛩?，在治理锅炉四管泄漏问题上，铁岭发电厂从几个方面投入了技术和资金，使设备能够达到设计能力，在东北地区发挥了主力机组的作用。
7.1 顶部反切风
鉴于沿炉宽度方向上的热偏差是引起受热面超温爆管的主要原因，2000年#3机大修中启动将锅炉的顶部风和上一层辅助风喷口反切16°角的技术措施]，型式为同心圆，期望通过反切来削弱旋流强度，消除或减轻炉膛出口及水平眼到中烟气流场的偏置。顶部风改成反切型式证明，它对降低水平烟道中的热偏差有显著效果，锅炉水平烟道两侧烟风温差从45--75℃减少到15--35℃。以减少锅炉运行中产生热偏差造成的局部超温，并且使动力场偏差得到调节。
7.2 受热面材料升级
利用电除尘改造机会对后屏、末级再热器采用0Cr18Ni10Ti不锈钢取代钢102、12Cr1MoV珠光体型耐热钢，提高了受热面耐高温档次，奥氏体不锈钢的抗氧化温度为704℃，比钢102及12Cr1MoV的610℃、580℃高出许多。实践证明：采用材料升级的方法来避免过热器、再热器受热面爆管是切实有效的改进措施。
7.3  恢复燃烧器的摆动功能
燃烧器摆动，通过调节炉膛火焰中心位置以达到调节再热气汽温的目的。燃烧器下摆，炉膛出口烟温下降，各级受热面的壁温也随着下降，对改善对流受热面的运行条件，作用是非常明显的。调整好喷嘴角度，由于喷嘴角度检修不当，使火焰冲刷水冷壁及炉墙而结焦。应根据结焦规律和炉膛结构调整喷嘴方位，一般是将火焰尽可能调向炉膛中心中心切圆附近以减少结焦。
7.4 采用锅炉壁温在线监测
4台机组全部为国产机组，但是控制系统是比较先进的，但锅炉壁温监测报警控制是落后，不能一次性随机组记录打印、输出、调整先后与西安热工院材料室，东北电力学院协作，利用铁岭电厂原壁温检测的实际位置，对4台锅炉加装锅炉壁温在线监测仪，记录数据输入DcS，实现超温报警、记忆、储存、记录超温时间与数据等项目，直接进行在线控制，促使运行人员精心调整，减少了因操作不当造成的超温，由于燃煤、磨煤机带来的不利运行问题出现时及时进行调解，使超稳控制在*小时间段上。

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