锅炉-四管-泄漏原因分析及防范措施

竞竞管安烟设膨内外错长短管内安综山东电力高等专科学校学报第5卷(2002年)JournalofShandongCollegeofElectricPower第1期第36～39页锅炉“四管”泄漏原因分析及防范措施刘永淄博山国电热电有限公司,淄博255054摘要:锅炉“四管”在火电厂中占有非常重要的地位,认真研究锅炉“四管”泄漏发生的原因和提出相应防范措施具有非常重要的义。随着电力行业的进一步改革,随着厂网分开、价上网的实施,电力行业为社会服务的深入开展,保证电力设备的安全运行具有重要的社会效益和经济效益。关键词:锅炉泄漏分析原因防范措施中图分类号:TK223.3文献标识码:B水冷壁、过热器、省煤器、再热器统称为锅炉“四管”,锅炉“四管”在锅炉中占有非常重要的地位,据不完全统计火力发电厂发生的事故数量约有一半发生在锅炉专业,而锅炉专业发生的事故,有一半以上发生锅炉“四管”泄漏。故认真研究锅炉“四管”泄漏发生的原因和提出相应防范措施具有非常重要的现实指导意义,特别是现在随着电力行业的进一步改革,随着厂网分开、价上网的实施,电力行业为社会服务的深入开展,保证电厂设备的安全运行具有重要的社会效益和经济效益。1锅炉“四管”泄漏种类分析及防范措施锅炉承压部件管道泄漏种类繁多,泄漏的原因也有许多种,本文主要从火力电厂锅炉四管泄漏案例进行总结分析,原因分类主要有十五种,如:水冷壁高温腐蚀、道焊接不良、装时遗留异物、气磨损、计缺陷、胀不均、部冲刷、部冲刷、用管材、期过热、期过热、道受伤、部腐蚀、外部腐蚀、装不良、合效应等原因,本文主要对水冷壁高温腐蚀进行详细分析,并提出卓有成效的防范措施,对其他泄漏原因结合案例进行简单分析,同时提出防范建议。1.1水冷壁高温腐蚀1.1.1案例简介山东南定热电厂#1、2炉是杭州锅炉厂设计制造的NG-410/9.8-M型高温高压自然循环,固态排渣煤粉炉。锅炉是单炉体负压炉膛,Ⅱ型露天布置,膜式水冷壁。用四角布置双切园(Φ366/Φ798mm)燃烧,顺时针旋转,三层直流煤粉燃烧器,其中中下层一次风集中布置,一次风喷口为船体燃烧器,配有钢球磨中间储仓式热风送粉系统。在#1机组1998年3月进行小修,发现后墙水冷壁偏南中层船体燃烧器至三次风喷头处水冷壁大面积严重高温腐蚀,最严重的管壁厚度已减到1.92mm,小修更换此范围水冷壁管段33根。之后发现其他墙水冷壁在喷燃器范围高度有着不同程度的高温腐蚀现象。#2炉水冷壁同样存在高温腐蚀现象。1.1.2分析原因许多电厂水冷壁均存在不同程度高温腐蚀现象,腐蚀部位通常在燃烧器位置上下,一次风集中布置的电厂比较严重,燃用煤种含硫量高的电厂比较严重,水冷壁向火侧管子较为严重。水冷壁高温腐蚀主要是由于在管子表面形成了熔融的积灰层,局部高浓度的H3S对腐蚀有很大影响。锅炉缺氧燃烧,主燃烧区形成强还原性气氛,HCL加剧对氧化膜的破坏。炉膛动力场不好,炉内气流切圆直径过大,致气流贴壁现象严重。分析南定热电厂锅炉水冷壁产生高温腐蚀有两个原因:一是南定电厂工站燃煤含灰分高,挥发分低;含硫量大,最高含硫有时达到3.95%,极易二4省过再未裂咬焊安施运环成污刘永:火力发电厂锅炉“四管”泄漏分析原因及防范措施37产生还原性气份。煤粉颗粒大R90达到12%,使的煤粉颗粒大,于是颗粒未燃或未燃烬,又因炉膛动力场不好,气流发生偏斜,一次风冲刷水冷壁,使得水冷壁贴壁氧量不足,更容易引起高温腐蚀现象。二是燃烧调整不当,致使在炉膛中心形成很大的弱燃烧区,而水冷壁附近区域燃烧强烈,使水冷壁温度偏高,加快高温腐蚀。1.1.3防范措施以上分析得出水冷壁高温腐蚀的主要原因是入炉煤含硫量高,火焰中心偏移,煤粉气流冲刷水冷壁,水冷壁贴壁氧气量不足,煤粉颗粒大等众多因素,综合作用的结果,其中喷燃器范围水冷壁还原性气氛高,氧气量不足,动力场不好,火焰冲刷水冷壁为主要原因,特建议如下措施:1.1.3.1严把入炉入厂的煤质量关,特别是高硫煤。入炉煤含硫量尽量控制在设计值之内,最好1%左右,若进高硫煤入炉之前必须进行掺烧。同时运行调整制粉系统特别是粗细粉分离器,来控制煤粉颗粒大小,使R90控制在10%以下,保证煤粉能好燃烧和燃烬。1.1.3.2运行加强对炉膛燃烧的调整,使火焰中心不偏移,火焰不发生贴壁现象。由于#2、3角一次风管较长且变曲度大,相同一次风压下,风速低于#1、角,同时运行应调整好一、次风的配比,避免造成水冷壁局部缺氧。通过在一次风管道加装风粉在线装置,对四角管道进行系数修正,能随时的显示四角一次风的风速和煤粉浓度,以保证四角一次风进入炉膛的一致性和均匀性。1.1.3.3对一次风喷燃器进行改造。现在改造比较多是将喷燃器改为浓淡型喷燃器。浓淡型燃烧器是实现煤粉浓淡燃烧的主要设备。浓淡型燃烧器一般分为垂直型和水平型两种,煤粉气流通过离心力被分离成为两股含煤粉量不同的气流,向火侧为煤粉浓度高的气流,背火侧为煤粉浓度低的气流。浓煤粉气流因所需着火热少而加快着火速度,形成高煤粉浓度,高温和较高扰动的三高区利于浓煤粉气流充分稳定的燃烧,淡煤粉气流在背火侧,以补充浓煤粉气流燃烧所需氧气,保证气流不会因补氧不充足产生较多还原性气氛。同时,淡煤粉气流减轻对水冷壁的冲刷。以次来遏止水冷壁高温腐蚀。1.1.3.4对水冷壁进行抗高温腐蚀渗铝处理,利用检修机会将喷燃器范围高度的水冷壁进行渗铝处理,以次隔绝水冷壁金属表面与还原性气氛的接触,减缓水冷壁高温腐蚀速度。南定电厂对水冷壁均进行了渗铝处理,防高温腐蚀效果良好。1.2管道焊接不良水冷壁、煤器、热器、热器锅炉主要使用钢材设备,一台300MW机组在四管使用的钢材就几千吨,设备在制造、安装、检修时,可能因为责任心不强、水平不高、时间紧迫、焊接位置不好、减少程序等因素,使管道管口焊接不良,导致焊口发生泄漏。造成焊接不良的主要原因是:焊工焊接水平不高,焊缝存在砂眼、融合、纹、边现象,使焊缝存在潜在的隐患,造成焊缝泄漏后爆管;使用焊接方法不对;破口形式不对;焊丝、条不对;焊前未预热焊后未热处理;焊缝强度不够。1.3安装时遗留异物锅炉四管有成千上万个焊口,管道在制造、运输、装、打压、检修时存在失误,在承压部件内部留有异物。若异物将管道流通面积全部堵塞,管道内部无法进行热循环,管道在高温烟气下短期过热爆管。若异物未管道流通截面堵塞,汽水无法进行正常的热循环,管道冷却不好,管道长时间过热,造成爆管。1.4设计缺陷随着我国电力行业的飞速发展,大容量机组的上马,火力发电厂在设计、工、营等方面在逐渐走向成熟,锅炉四管因在设计方面发生问题在逐步的减少。当然也存在一些特殊情况,特别是一些小锅炉厂设计生产小容量锅炉,在一些方面不十分成熟,存在一些设计缺陷,使得锅炉承压部件不能长期稳定运行,给电厂留下了事故隐患,电厂只有利用大小机会进行检查、分析和改造,以尽可能的减少设计缺陷造成的影响。随着我国煤炭资源的逐渐减少、保要求的提高,国家正在关闭和停上容量小的、本高的、染严重的电厂,锅炉四管设计缺陷隐患在逐步减少。1.5烟气磨损烟气磨损造成管道泄漏在锅炉四管泄漏中所占比例相当大。如某电厂是哈锅生产的1315-240/39型直吹式煤粉燃烧锅炉,额定蒸汽流量为240t/h,蒸汽压力3.82Mpa,据统计该锅炉在1987漏吹再水压省低屏吊运安施运38刘永:火力发电厂锅炉“四管”泄漏分析原因及防范措施年至1998年期间共发生锅炉四管泄漏共计29次,因为烟气磨损造成的管道泄漏就有19次,而且全部发生在省煤器泄漏上。由此可见烟气磨损是造成锅炉四管泄漏的一项重要因素,随着我们在这方面的认识,采取相应的防范措施,因烟气磨损问题造成的承压部件泄漏在大幅度的减少。烟气磨损主要是造成省煤器、过热器泄漏,因为省煤器和过热器一般布置在尾部烟道和折烟角部位,此处烟气流速较高、风较多,所以容易造成管道磨损泄漏。1.6外部冲刷外部冲刷造成承压部件泄漏情况主要是因为外部介质对管道进行外壁冲刷,比如锅炉蒸汽冲灰器因安装位置不合适、灰器喷头变形或吹灰器退不处,吹灰器对省煤器、过热器、水冷壁管进行冲刷,导致泄漏所致。1.7内部冲刷管道内部介质对管壁进行冲刷也是管道泄漏的一个原因,由于管内介质为高温高压汽水,汽水流速很快,蒸汽流速能达到30-50m/s,高速介质对管壁进行冲刷,特别是管道拐弯之处优为严重。由于省煤器管内高温水流速较慢,省煤器发生的内部冲刷情况比较少,但过热器、热器弯头处、冷壁大弯头发生内部冲刷情况比较多水冷壁冷灰斗大弯头。1.8膨胀不均膨胀不均造成锅炉承压部件泄漏是电厂常见的一种泄漏类型,主要原因是锅炉在设计或安装时,疏忽了管道与管道附件或联结部位的膨胀系数不一样,导致在运行中承压管道被管道附件或联结部位拉裂。1.9错用管材锅炉承压部件使用什么钢材是根据管子所承受的温度、力和流通的介质来选取的,一般情况下锅炉水冷壁、煤器、温段过热器采用#20锅炉钢,长期使用管壁温度应≤500℃。高温段过热器、式过热器、再热器采用12CrlMoV,长期使用管壁温度应≤580℃。管壁温度超过610℃过热器、再热器、屏过外圈管子使用钢102(12Cr2MoVSiTiB,低碳低合金贝氏体型热强钢)钢材。壁温在600-620℃超高压和亚临界锅炉的过热器和再热器管有的也使用13Cr3MoVSiTiB(Π11,低合金贝氏体热强钢)。壁温在≤650℃的再热器和过热器应使用奥式体不锈耐热钢如1Cr19Ni9(相当于美国ASTMA213TP304H钢)和1Cr19Ni11Nb。承压部件管子用钢必须严格按照标准和设计规定,不得违背客观规律。1.10长期过热长期过热是炉管长期处于高于允许管壁壁温的环境中,其抗氧化性降低,管壁的氧化年腐蚀率大幅度提高,同时炉管的机械性能、基本许用应力和物理特性也降低,管子达不到所承受的应力,将导致爆管。长期爆管爆口一般呈喇叭状,边缘比较厚,与管壁相差不大。比如12Cr1MoV钢当壁温度在580℃时,其氧化腐蚀率为0.052-0.050mm/y,当温度为600℃时为0.129-0.220mm/y。比如在2.9.2条中由于错用管材,炉管长期过热爆管。例如屏式过热器使用材质为12Cr1MoV钢,屏的最外两圈使用抗氧化性更好的贝氏体型热强钢12Cr2MoVSiTiB,管排用固定关卡进行固定。屏过最外两圈管子进行强制循环,蒸汽出入口温差大,便于热传递。外圈管子先接触温度高的烟气,防止内圈管子超温。若管排卡子脱落下滑,外圈管子变形,使得内圈管子外露,必然使内圈管子长期过热,容易导致屏过爆管。1.11短期过热炉管内部热循环不畅,无法进行有效的热传递,管子冷却不好,由于炉管处于高温烟气中,使管壁温度大大超过其允许的最高温度。管材在高温下其机械性能、物理特性、许用应力和抗氧化性将大大降低,使炉管不能承受介质的内部压力,炉管发生爆管。短期爆管爆口一般呈喇叭状,边缘相当薄。一般情况下,炉管引起短期过热爆管的情况不是很多,引起的原因有:管道内部有异物堵塞,管内无法形成正常的热循环所致;管道(水冷壁、屏过)突出,接触高温烟气,管道吸收辐射热量聚增,管壁温度陡升,炉管短期过热爆管。锅炉四管在安装时注意安装质量,加强质检和验收,保证设备安装工艺质量。设备检修时注重检查水冷壁拉盘和过热器的卡板固定,不能脱出和滑落。1.12管道受伤锅炉四管在管子制作、装、输、装、工、检修、行中管材受伤,受伤的原因是多种多氧样的,有的被硬件损伤,有的被电焊打伤,有的被工具不氧碱垢压加刘永:火力发电厂锅炉“四管”泄漏分析原因及防范措施39损伤,有起吊脱落摔伤,有的炉膛结焦掉焦砸伤等等。比如2.9.1条过热器管错用钢材,原因是过热器在设备安装或运输中该管受伤,更换管道错用管材。又如某厂锅炉大修中,冷灰斗耐火塑料全部更换。大修水压试验时水冷壁下联箱处大量漏水,停止水压试验,检查发现前水冷壁下联箱入口管座处,一水冷壁管有一大漏点。分析原因是在外包工作队在拆除冷灰斗耐火塑料时没有按照要求使用,在靠近水冷壁附近使用风镐进行拆除旧耐火塑料,风镐将水冷壁管打穿。又如某厂大修中在水冷壁防磨防爆检查时,发现在喷燃器两侧水冷壁管