摘要：火电厂锅炉“四管”泄漏是造成发电机组非计划停运的重要原因，本文重点分析火力发电厂锅炉“四管”泄漏的原因，以及在实际的工作中如何加强防治。
关键词：锅炉“四管”；防磨；防爆；泄漏；冲击磨损；蠕变速度；持久强度。
引言
锅炉本体受热面中的水冷壁管、省煤器管、过热器管和再热器管，由于运行中受到烟气中飞灰的冲刷、高温氧化和含硫气体的高温腐蚀，经常出现管子泄漏及爆管事故。因此，火电厂锅炉“四管”泄漏是长期困扰火电厂安全生产的一大难题，其引发的事故率高，对供电和技术经济指标影响很大，防磨防爆工作不容忽视。
“四管”泄漏的主要原因：
1、燃用质煤差，灰分高，加剧磨损。另外，烟气流通部位设计欠妥。设备设计布局或结构不合理，使某些部位烟气走廊烟速增大，加剧了冲刷磨损。
金属磨损的机理：金属磨损可分为两类：一类是金属表面在固体颗粒的冲刷下，金属部件的逐渐失重。另一类是金属表面形成一层氧化膜，膜的硬度很高，但较脆；在物料颗粒的冲刷下，氧化膜出现极小微块的剥落，在脱落的金属表面上再形成新的氧化膜层，磨损就在这一过程中循环进行。
锅炉本体内因烟气流动使得烟气中飞灰不断冲刷“四管”外壁，再加上炉内高温区域的氧化，使飞灰所经之处无不成为磨损的对象。有关试验证明：受热面的管壁的磨损量与飞灰动能和飞灰撞击管壁的频率成正比，而灰粒的动能与它的速度成二次方关系，撞击频率与其速度的一次方成正比。所以金属壁面的磨损速率是与飞灰的速度成三次方的关系。当含灰气流绕流受热面时，灰粒与烟气之间存在较大的滑移速度，很难求得灰粒的冲击速度。工程计算中用烟气流速代替。研究表明冲击磨损量与烟气流速的n次方成正比，n大于3，烟气流速再9——40m/s范围时，n等于3.3——4.0。另外当飞灰粒径很小时，管壁的冲击磨损量很小。随着灰粒直径的增大，磨损量随着增大。近似与冲刷粒子的直径成平方的关系。而当灰粒直径大到某一临界值后，磨损量几乎不增加或增加缓慢。其原因是：在相同的飞灰浓度下，灰粒直径越大，则单位容积内颗粒数越少；虽然大颗粒冲击磨损能力大，但由于冲击到管壁的数目降低，因此管壁的磨损量增加不大。这就揭示了金属磨损与流动粒子大小及其速度密切相关：一定流速下，粒子粒径越大磨损越严重；一定粒径下，流速越高，磨损愈严重，而且流速稍增加一些，磨损率却提高很多。另外，飞灰的浓度、管壁的材质、管壁温度、管子的排列方式对飞灰的冲击磨损也有一定的影响。可见，飞灰的细度与流速是影响“四管”磨损程度的主要因素。
2、机组负荷升降频繁，导致炉管热疲劳（拉裂的情况多由此引起）；煤质变化大，易超温，因煤质变化频繁且偏离设计值太大，致使运行风量的调整不能适应变化的需要，引起短时超温累积成长期过热而引起爆管。
热疲劳：
由于机组负荷变化导致温度的变化，形成。炉管在热交变应力的反复作用下，缓慢产生扩展裂纹。受压元件受到火焰的加热，由于内部介质密度或位置的变化，使金属的温度发生交替变化，金属也就交替地膨胀或收缩，在金属内部就会引起交变应力。在这种交变应力的作用下，引起塑性变形的积累损伤，而产生疲劳裂纹，这种疲劳裂纹处在高温下，金属的强度低，其应力振幅一般超过屈服极限，每次循环产生的局部塑性变形较大。这样，只经过较少的循环次数后，就会萌生热疲劳裂纹。从而引起爆管和拉裂。
长时超温爆管：
超温是指金属材料在超过额定温度下运行。额定温度指钢材在设计寿命下运行的允许最高温度，也可指工作时的额定温度，只要超出上述温度的一种即为超温运行。
长时超温的管子钢由于原子扩散加剧，导致钢材组织发生变化，使蠕变速度加快，持久强度降低，因此管子达不到设计寿命就提前爆破损坏。爆管大多发生在高温过热器管出口段的向火侧及管子弯头处，水冷壁管、凝渣管和省煤器等也时有发生。
在长时超温爆管过程中，蒸汽和烟气等腐蚀介质起了加速的作用。当管壁温度超过其氧化临界温度时，蒸汽和烟汽会使管壁产生一层较厚的氧化铁；在管子胀粗时，这层氧化铁将沿垂直于应力的方向裂开；于是重新裸露的金属在拉应力和蒸汽或烟汽的作用下产生应力腐蚀，加速裂纹扩展，最终导致爆裂。故破口具有脆性断裂特征，且往往有腐蚀产物存在于裂纹内。
短时超温爆管：
锅炉受热面管子在运行中冷却条件恶化、干烧，使管壁温度短期内突然升高，温度达到临界点（Ac1）以上，钢的抗拉强度急剧下降，管子应力超过屈服极限，产生剪切断裂而爆管，这种爆管称为短时超温爆管。
短时超温爆管大多发生在冷壁管燃烧带附近及喷燃器附近的向火侧和凝渣管上，省煤器和屏式过热器也偶有发生。
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由于短时超温的管壁温度高于Ac1（727℃左右，共析点），有时甚至高于Ac3（912℃左右，同素异构转变点），爆管时的汽水喷射犹如不同程度的淬火，因此，此时破口处的组织一般为低马氏体或贝氏体；过热器管破口也可能为珠光体和铁素体组织。显然，破口周围管材的硬度会明显增加。
超温爆管除结构设计不当外，主要是超负荷运行、操作不当或管内脏物堵塞等原因造成的。超负荷运行会使对流过热器出口温度普遍升高，加剧了超温现象，以致管子蠕变加速；起动不正常而使燃烧发生剧烈变化、升压速度快或炉膛发生灭火放炮等都会引起管子超温；管内脏物或盐垢堵塞，会造成汽水循环不良，引起管子局部过热而很快导致爆管。
3、炉管腐蚀和焊口质量问题：管子腐蚀和安装、检修时焊口焊接质量欠佳也是四管泄漏的原因。火电厂燃煤中含有的Na、K、S等元素在燃烧后产生氧化物，凝结在炉管上，与烟气中的SO3，反应生成硫酸盐，该硫酸盐有粘性，形成结渣，烟气中的SO3，穿过灰渣与炉管表面上的Fe2O3，和硫酸盐发生反应生成低熔点的复合硫酸盐，当覆盖于管壁外表面的硫酸盐与管材氧化后生成的氧化物形成低熔点液态共晶时，就会构成“基本金属—氧化膜—熔岩层—含硫烟气”的4相3界面系统，导致炉管发生以电化学过程进行的热腐蚀；局部还会存在较严重的冲蚀磨损。另外，烟气中的硫化氢与管壁金属作用产生腐蚀，含硫物在金属高温下产生单元子硫，硫与管道中的铁反应生成硫化铁（Fe+S→FeS）。焊口的质量也不能忽视，如果原焊口质量存在缺陷，经年长日久腐蚀就会出现小孔泄漏。
4、材质不良引起的爆管
材质不良的爆管是指错用钢材或使用了有缺陷的钢材造成管子提早损坏。
由于用错材料，实际上是一种超温运行。超温运行将会使钢管寿命大为缩短，有的甚至运行数千小时即发生爆管。
如材料本身存在裂纹、严重脱碳或夹杂等缺陷，或在安装、检修时使用了有折叠、结疤、裂口的钢管，则管子强度将被严重削弱，在高温运行过程中缺陷部位易产生应力集中，致使裂纹扩展、缺陷扩大而导致爆管。
有缺陷的管子爆破，破口边缘常常可以分成两部分：有缺陷部分破口边缘粗糙，呈脆性断口（破口缺陷豁开）；没有缺陷的部分呈塑性断口。
“四管”防爆的防范措施：
加强检修管理，制定实施防磨计划。针对设备的磨损情况制定防磨计划，一是利用大修机会有计划的对锅炉受热面进行整治；对磨损、胀粗、热腐蚀严重超标的管子及时予以更换。对一些重点防磨或防腐区域刷防磨涂料，加防磨护瓦装置或金属喷镀，增强其防磨性能。二是利用小修或机组非停的机会对机组易磨损部位进行跟踪检查，做到逢停必捡。对变形、磨损严重的管子及时更换，对易磨损部位采取相应防磨措施，提高其耐磨性能，特别是对高、低温再热器、对流过热器、省煤器、包墙过热器等进行重点检查，把爆管事故消除在萌芽状态。
加强运行管理，运行时认真操作，实行考核制度，严禁锅炉超负荷运行，认真按规程升、降负荷，加强对管壁温度监视，减少管壁超温。加强入炉煤快速分析预报工作，为运行人员精心操作、及时调整提供可靠的依据。运行人员应认真进行燃烧调整，尽量采用低氧燃烧，
合理的配风及强化炉内的湍流混合，尽量减少烟气处于强还原性气氛而造成对炉管的热腐蚀。
认真抓好承压管道的焊接工作，尽量采用质量较好的氩弧焊，焊后进行焊口的无损检测，不符合要求的重新焊接，提高焊接质量，防止发生因焊接质量问题而引起的泄漏事故。对原焊口进行抽查检测，对磨损、腐蚀或工艺不合要求的及时处理。
严格把好质量关，对入厂的承压管材严格检查，质量合格证及检验证件不全或不合格者坚决不用。对更换的管子要严格检查，保证材质合格。
结束语：
锅炉“四管”的可靠性，直接关系到电厂机组是否能安全有效的运行，但锅炉运行中不可避免的对“四管”造成腐蚀、冲刷磨损、热疲劳等，使其有效承载能力下降、安全性降低。“四管”的防磨防爆是一个长期的任务，在实际应用防磨策略中，必须搞清楚磨损的机理与部位，分清原因，因地制宜地综合考虑防磨方法，具体部位视具体情况采用最为有效地手段来处理磨损问题。
参考文献
[1]《电站锅炉原理》．中国电力出版社，1997．11．
[2]《火电工程调试技术手册》金属卷．中国电力出版社，2003．6．
[3]《火力发电厂金属材料手册》．中国电力出版社，2001．4．
[4]锅炉设备检修/《火电发电职业技能培训教材》编委汇编．北京:中国电力出版社，2005．
作者简介
田刚 性别：男 民族：汉 出生年月：1985.07月 籍贯：山西长治 学历：本科 毕业院校：内蒙古科技大学 职称：初级职称 现就职于：山西鲁能河曲发电有限公司 研究方向：火电厂集控运行。
论文作者:田刚
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/16
标签：磨损论文; 管壁论文; 烟气论文; 锅炉论文; 金属论文; 炉管论文; 应力论文; 《电力设备》2017年第31期论文;