摘要：在火力发电厂中，“四管”是锅炉设备的重要承压部件，而“四管”的爆破始终是火电厂安全生产的重大威胁，生产中一旦发生“四管”泄漏就只有强迫停炉，组织抢修。不仅严重影响火力发电厂的正常生产，造成巨大的经济损失，而且使电网的安全运行受到冲击。对于大型电站因此而产生的矛盾就更为突出了。随着机组服役时间的增加，这类事故还有逐年上升的趋势，成为影响安全生产的主要因素。本文通过分析“四管”爆破的根本原因，并结合其它发电厂这一方面的成功经验，提出防止“四管”爆破的综合治理和预防措施。
关键词：四管；泄漏；原因；预防对策
1、前言
省煤器管、水冷壁管、过热器管、再热器管简称锅炉“四管”，是锅炉的主要承压管件，也是火力发电厂锅炉的重要设备之一，分别承担着将给水加热、蒸发、过热的重要任务。在正常运行中，如果锅炉”四管”发生泄漏，就只有采取强迫停运而进行抢修。“四管”泄漏是火力发电厂机组的严重威胁，“四管”隐患是火力发电厂机组的重大隐患。为了减少锅炉非停次数，提高锅炉运行的安全性和经济性，我们必须坚持“预防为主”的方针，不断摸索“四管”爆漏的特点和规律。不断分析查找“四管”泄漏的影响因素并且制定有效的防范措施，对防止和减少锅炉“四管”的爆漏具在重要的意义。
2、原因分析
“四管”泄漏是指锅炉受热面中的水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管四种受热面管由于过热、腐蚀、磨损、焊接质量等各种原因发生破裂而泄漏，导致锅炉事故停机。造成锅炉“四管”泄漏、爆管的主要原因有以下几方面:
(1)飞灰冲刷或机械磨损;(2)管材质量和焊接质量;(3)超温运行;(4)应力集中或检修工艺;(5)运行环境影响;(6)其它原因。
2.1磨损是造成“四管”泄漏的首要因素
运行实践表明，磨损泄漏爆管主要发生在省煤器、低温过热器、低温再热器等烟温较低的尾部受热面及喷燃器火嘴附近的水冷壁管。在省煤器、过热器、再热器三个主要对流受热面中，省煤器的磨损最严重。因为省煤器管排布置密集，烟气在其中有较高的流速。省煤器通常又是错列布置，烟气对错列管束的冲刷比顺列严重得多，而且省煤器处的烟气温度比较低，烟气中灰粒相对较硬，这两个因素使得省煤器磨损比过热器及再热器更为严重。如果炉烟中含有较多的灰粒，或在启动锅炉的过程中由于燃烧不完全而使大量煤粉随炉烟跑向尾部，都会加剧对省煤器的磨损速度。低温过热器、低温再热器的磨损一般发生在局部位置，对Ⅱ型布置的锅炉来说，靠着锅炉斜坡墙的管子、管子的穿墙部位、管子弯头、管子与梳形卡的接触部位等处都可能存在磨损现象。
使受热面产生磨损的具体原因主要有以下几个方面:
2.1.1防磨瓦或护板脱落
尾部受热器的前几排(1-3排)管子直接受到烟气灰粒的冲刷，因此前几排管子的磨损较后面管排严重;局部位置的防磨瓦因固定方式不正确(直接点焊于管子上)，防磨瓦与管子的膨胀量不一致，在运行中易发生变形、脱落，又未得到及时的恢复完善，在烟气的直接冲刷下磨损(称飞灰磨损)减薄，以致发生爆管。
2.1.2烟速过高
在安装和检修受热面管排时，受热面管子的节距以及受热面管排与炉墙之间距离不符合设计要求，在管排与管排之间或管排与炉墙之间形成局部”烟气走廊”，或局部管子出列造成受热面管子积灰搭桥，引起局部烟速过高，从而加大该部位管子的磨损。
2.1.3炉墙漏风
炉墙密封不严而漏风，特别是穿墙管在穿墙处密封不严，漏风形成涡流，这样会也造成管子的局部磨损。而漏风也会使后面的烟气流速增加，从而加大后面管排的磨损。
2.1.4煤质变化
为降低发电成本和充分利用能源，煤粉炉广泛燃用劣质无烟煤。实际燃用煤种因多种原因与设计煤种不符，偏离设计煤种，发热量低、灰分增加、挥发分降低，造成烟气中的飞灰浓度增加，同样也会加剧受热面管排的磨损。
2.1.5炉型影响
对于Ⅱ型锅炉，烟气自水平烟道转弯进入竖井烟道，由于离心力作用，产生离析，烟气中大部分灰粒集中在竖井烟道的后墙，所以后墙的几排蛇形管排磨损较严重。
2.1.6吹灰磨损
吹灰器的不正常投入，会造成吹灰器区域的管壁磨损。若吹灰器运行中出现机械卡涩无法退出，吹灰器汽源只往一处吹刷，使得管壁在强汽流冲刷下快速减薄而爆破。因此对吹灰器的正常维护检修尤为重要。
2.1.7机械磨损
管排固定装置的松动、脱落也会造成“四管”泄漏。如固定受热面管子的吊架、管卡、包扎管松动，使管子与管子之间、管子与包扎管之间互相碰撞、磨擦而磨损。当管壁减薄到一定程度时，在内压的作用下，管子发生爆破。
2.2管材质量或焊接质量对锅炉”四管”泄漏的影响
2.2.1管材质量差
如果管子本身存在分层、加渣等缺陷，运行时受温度和压力影响，缺陷扩大就会导致过热器管爆管。例如:某电厂锅炉低温过热器在使用中发生爆管，爆管开裂口呈桃形，开口处由于爆裂已明显减薄。由爆口部位金相分析可知:该过热器管爆裂是由于炉管材质较差，组织不均匀，为不完全正火组织，母材基体存在大量微观孔洞，这些缺陷影响材料的强度，最终导致过热器管爆裂。
2.2.2焊接质量差
在制造或维修中由于焊接质量不过关，在焊接部位产生应力集中和接头机械性能下降，焊缝中存在气孔、夹渣、焊瘤等会导致频繁爆管。某发电厂锅炉低温过热器在运行过程中发生泄漏，从爆管处宏观检验表明，焊缝的焊接质量较差，焊缝根部存在大量焊瘤，泄漏点大多分布在焊缝熔合线及热影响区内，金相检验结果表明，管束的金相组织是正常的，焊缝、熔合线、热影响区的金相组织为粗大魏氏组织+铁素体，组织极为粗大，是不正常组织。经以上分析可知，爆管是由于管材焊缝的焊接质量极差，在焊缝熔合区内存在粗大魏氏组织、大量非金属夹杂等缺陷而造成的。另外，异种钢焊接部位也是易造成爆管的部位，会在焊接接头处因热胀差发生环向的破裂。
2.3超温运行也是造成锅炉”四管”泄漏的重要因素
金属超过其额定温度运行时，有短期超温和长期超温两种情况，因此造成受热面过热爆管有短期过热和长期过热两类现象，受热面过热后，管材金属超过允许使用的极限温度，内部组织发生变化，降低了许用应力，管子在内应力作用下产生塑性变形，最后导致超温爆管。
受热面短期过热锅炉受热面内部工质短时间内换热状况严重恶化时，壁温急剧上升，使钢材强度大幅度下降，会在短时间内造成金属过热引起爆管。导致短期过热的原因有:管内汽水流量严重分配不均;炉内局部热负荷过高;管子内部严重结垢;异物严重堵塞管子;错用钢材等。某电厂锅炉高温段过热器管在刚投产的第一个月，就频繁发生爆管，后来疑是管内异物堵塞造成汽水流动不畅，利用抢修或小修机会对经常爆管部位进行扩大性割管抽检，后来从割下的过热器管内发现“眼镜片”(在联箱制造打孔时，形成的圆形铁片俗称眼镜片，遗留在联箱内，随着蒸汽的流动窜至过热器管内)。最后采用从联箱管座位置割管逐排进行通球试验，彻底清除了异物后过热器运行正常。这就是由于管内异物堵塞汽水流动受阻，导致短时内过热管严重超温而爆管的典型事例。
受热面长期过热锅炉受热面管子由于热偏差、水动力偏差或积垢、堵塞、错用钢材等原因，管内工质换热较差，金属长期处于幅度不很大的超温状态下运行，管子金属在应力作用下发生蠕变(管子胀粗)，直到破裂。长期过热主要发生在高温过热器的外圈向火面，低温过热器也可能发生。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆例如:某发电厂锅炉大修时，锅炉检验中心对锅炉受热面进行抽查检验，对高温过热器管做金相分析，发现其组织为铁素体+碳化物，珠光体已球化，球化程度为3-4级，碳化物成小球状分布于铁素体的晶粒边界上，抗拉强度已明显降低。分析原因主要是由于近几年内全厂蒸汽负荷较低，锅炉长期处于低负荷运行状态，过热器管内蒸汽流速较低，传热效果差，管壁长期处于超温状态，从而导致过热器管长期过热使内部组织发生化。
2.4运行环境对锅炉”四管”泄漏的影响
(1)在运行中，未严格按运行规程规定操作，锅炉启停时未严格按启停曲线进行，控制锅炉参数和过热器管壁温度在允许范围内;机组的频繁启停、负荷率低，造成机组炉管和焊口金属疲劳，增加锅炉的爆漏机率。锅炉发生“四管”泄漏后均要求进行抢修，有时为了抢检修时间，不得不在停炉后进行快速冷却，造成对锅炉炉管的材质性能下降，这样的危害虽然现在还没有显现出来，但却给锅炉“四管”留下了重大隐患。
(2)火焰中心调整不当。使煤粉气流偏斜，冲刷在水冷壁管上，管子减薄而发生爆管;
2.5应力集中或检修工艺的影响
产生应力集中主要是由于锅炉结构及机组启动中升温升压速率控制不好等原因造成的。在锅炉下部冷灰斗斜坡水冷壁或左右侧墙之间的结合部分在锅炉启停过程中会发生膨胀不畅造成应力集中，拉裂管子。其次由于设备部件截面的突变使得应力分布不均，造成应力在某一部位集中，对设备构件造成损坏或产生裂纹。
在更换水冷壁管时，一般对管子的焊口比较重视。但对鳍片管的焊接质量容易忽视，认为鳍片单面焊接就可以。更换水冷壁管后，对鳍片仅进行单面焊接，在锅炉运行后，由于水冷壁管与鳍片的膨胀系数不一样，容易造成水冷壁拉裂。
2.6其它原因
2.6.1腐蚀爆管
由于燃用煤种含硫量高、炉内燃烧工况差，燃烧区域内水冷壁管贴壁处煤粉缺氧，燃烧产生的还原性气体与受热面管子发生化学作用或电化学作用，造成管子减薄特别是焊口处凹陷(称高温腐蚀)而引起爆管泄漏;由于蒸汽含有杂质与受热面管子发生电化学作用，在管子内壁形成凹坑(称内腐蚀)，该点管壁减薄，当不能承受蒸汽压力时就发生爆管。
2.6.2锅炉发生爆管后，有时因种种原因未能及时停炉，泄漏出来的高速介质冲刷临近的管子而引起损坏，更进一步扩大了“四管”泄漏的范围。
2.6.3锅炉给水中含有杂质使受热面结垢引发爆管泄漏
因为水中含有能结垢的物质一钙、镁盐类。产生了一系列的物理、化学变化。某些钙、镁盐类受热生成难溶的沉淀物;水温升高后，某些具有负溶解度的盐溶解度下降达到一定程度一过饱和状态后能从水中直接析出;水不断蒸发、浓缩，含盐浓度增大，超过饱和浓度后，也将沉淀析出。所析出的沉淀物可能有两种形式:一种是牢固地粘结在受热面内壁上，形成质地密实的沉积物一水垢;一种是悬浮在水中的松散沉淀物一水渣。某些水渣极容易粘附在水流缓慢或停滞的管子内壁上，经高温烘焙后，常转变成水垢。由于水垢的导热系数比钢材小几十到几百倍。所以管壁结垢会严重她阻碍传热。使受热面金属壁温升高而过热，以至烧坏爆管。
3、防止锅炉“四管”泄漏的措施
锅炉“四管”泄漏严重影响了火电厂的安全生产。近几年来，许多厂家为此采取了多种行之有效的措施以防止“四管”泄漏，取得了可喜的成绩，非常值得我们借鉴和学习。
(1)全面利用大修、技改工程、单项工程等机会对存在磨损大的设备进行大面积的更换。
(2)利用一切停炉机会对锅炉承压部件进行检查，发现缺陷的管子及时进行处理。特别是邀请锅检站对锅炉进行内部检验，及时处理检验中发现的问题，保证了设备的健康水平。
(3)完善防磨、防腐措施，采用新技术、新方法来增加设备的使用寿命。如省煤器穿墙处、靠墙两侧添加防磨护板，并补充完善管子上的防磨瓦，以加强防磨作用;水冷壁管燃烧区域内，特别是焊口位置，高温腐蚀严重，为防止高温腐蚀，采用喷涂新型防腐蚀材料的方法，解决了高温腐蚀的问题。
(4)进行空气动力场试验。严格检查喷燃器安装角度、切圆是否符合实际情况，必要时根据实际空气动力更换原设计倾角、切圆，严防气流冲刷水冷壁管。
(5)运行中加强燃烧调整，组织合理的燃烧工况和恰当的火焰中心，以减少高温腐蚀，减少烟气温度偏差和流量偏差。
(6)加强化学监督，每次大修严格按照化学的意见割管分析检查内部腐蚀、结垢，并根据化学的监督意见进行换管。
4、加强技术管理与技术监督
4.1进行锅炉承压部件登录
对锅炉、汽包、压力管道等进行登记，及时掌握设备的健康状况，对设备存在的不安全隐患提出切实可行的处理方案，将可能发生的"四管”泄漏消除在萌芽中;对己发生的“四管”泄漏的原因进行仔细分析，提出预防措施以防止同类事故发生。在容易发生“四管”泄漏的位置，则进行重点检查。
4.2加强大修全过程质量管理
制订机组大修质量监督管理办法，完善质量监督监控体系，实行质量一票否决制。加强质量督检查，设立多个H, W质量监督检查点。
4.3加强炉外高压管道的检查
炉外高压管是以往所忽视的隐患点。相对于受热面管子，炉外高压管管径大、布置分散，工作监环境不受高温及冲刷磨损的影响。长期以来，几乎没有怎么检查其管子的可靠性。但随着其它火电厂己发生过高、低省煤器连接管运行中爆破，造成多人死亡和受伤的重大事故。不断利用停炉机会对炉外高压管进行检查和更换，消除了设备的重大隐患。
4.4加强化学监督
在大修中，对汽包、水冷壁、省煤器、过热器等进行结垢量检查，加强水质的监督和停炉保养效果，以降低结垢速率。
4.5加强金属监督
在大修、小修、停炉检修中，按常规检查项目对锅炉“四管”进行检查，检查的主要方法是目测与手摸。发现有磨损的管子作好记录，并进行相应的处理。对人工不能确定磨损量的管子，进行测厚检验。对所有新增高压管的焊口，进行探伤检查，加强对焊口的监督工作。
5、结束语
降低或减少锅炉“四管”爆破是火力发电厂的一项艰巨而长期的任务，对于大容量电站锅炉受热面，由于温度、压力水平高，系统结构复杂，受热面积大，级数多，并且每一级并联管子多，很容易发生各种因素的流量偏差和吸热偏差而导致爆管。所以对于“四管”爆破的预防和治理也尤显重要。总之，防止“四管”爆漏是一项综合工程，没有捷径可走。我们只有加强监督、加强管理。坚持“预防为主”的方针，掌握“四管”爆漏的特点和规律。踏踏实实地做到应查必查、应修必修、修必修好地原则和态度，才能保证锅炉“四管”的安全运行。
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作者简介：
高海龙，1984年出生，2008年毕业于西安工程大学。陕西省神木县人，职务:发电运行部值长，工作单位：神华神东电力陕西富平热电有限公司。
论文作者:高海龙
论文发表刊物:《电力设备》2017年第5期
论文发表时间:2017/5/27
标签：锅炉论文; 磨损论文; 省煤器论文; 发生论文; 水冷论文; 烟气论文; 应力论文; 《电力设备》2017年第5期论文;