【案例分析】華能大連電廠#1鍋爐連續(xù)14年無泄漏事故探因

前 言

火電廠鍋爐四管泄漏是長(zhǎng)期困擾火電廠安全生產(chǎn)的一大難題，因其引發(fā)的事故率高，對(duì)發(fā)供電和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響很大。據(jù)我國(guó)電力某集團(tuán)公司統(tǒng)計(jì)，2003 年一季度全公司一類障礙57次，火電廠鍋爐占30次，其中21次是鍋爐四管泄漏，占鍋爐障礙總數(shù)的70%，占該集團(tuán)公司一類障礙的36.8%，嚴(yán)重影響火電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此，分析四管泄漏的原因并采取正確的措施，能夠大大減少鍋爐泄漏的發(fā)生，華能大連電廠立足于生產(chǎn)實(shí)踐，積極探討四管防磨防爆的方式方法，取得了很大的成績(jī)，具體情況如表1 所示，特別是#1鍋爐已經(jīng)連續(xù)14年無四管泄漏事故發(fā)生。

設(shè)備簡(jiǎn)介

華能大連電廠現(xiàn)有裝機(jī)容量4×350MW，其中一期工程2×350MW燃煤機(jī)組全套引進(jìn)日本三菱集團(tuán)設(shè)備，鍋爐容量為1150T/H，鍋爐型式為三菱CE—1150，單汽包輻射再熱控制循環(huán)（CCRR）露天鍋爐，該爐呈倒U 型布置（見圖1）設(shè)計(jì)燃用山西晉北煙煤，鍋爐采用單爐膛四角布置、切圓燃燒、平衡通風(fēng)；制粉系統(tǒng)為冷一次風(fēng)正壓直吹式，配有五臺(tái)RP-903 型中速磨，機(jī)組于1988 年投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。鍋爐的整體布置如圖所示，按照煙氣流向，受熱面依次布置為二級(jí)過熱器、三級(jí)過熱器、二級(jí)再熱器、三級(jí)再熱器、四級(jí)過熱器、一級(jí)過熱器、省煤器。所有受熱面采用順列布置，對(duì)高溫?zé)焻^(qū)受熱面有防止高溫積灰的作用，對(duì)煙溫區(qū)受熱面可減低飛灰磨損，為防止結(jié)渣和積灰，前后屏過熱器分別采用了2088mm 和522mm 的特寬節(jié)距，煙氣溫度較高的二、三級(jí)再熱器和過熱器也采用了較寬的節(jié)距，作為防磨的基本措施，各對(duì)流受熱面根據(jù)其外部的煙氣溫度控制適當(dāng)?shù)臒煔饬魉?，其中省煤器的煙氣流速?.6m/s。

2 鍋爐四管泄漏的原因

影響“四管”爆漏的原因很多, 有設(shè)計(jì)、制造、施工、檢修、運(yùn)行、管理和煤種等諸多方面,而且這些因素又相互作用。因此各種爆漏往往不是由單一因素造成, 而是幾個(gè)因素同時(shí)存在并交互作用的結(jié)果。根據(jù)2005 年華能公司范圍內(nèi)爐管泄漏統(tǒng)計(jì)，焊接、磨損、過熱和疲勞缺陷是四大主要失效問題，其中焊接缺陷所占比例較大（共17次占27％）—--------—大部分是制造或安裝時(shí)的焊接質(zhì)量問題，其次是磨損（共15次占25％）——大部分是吹灰磨損（8次）另為飛灰磨損（7次），其余依次為超溫過熱（共13 次占21％）、疲勞開裂（共19 次占15％）、母材（共4 次占7％）、腐蝕（共2 次占3％）及氫損傷（共1次占2％）等失效。具體詳見圖2。

2.1 燃用劣質(zhì)煤，加劇磨損

近幾年來，由于煤炭市場(chǎng)供求日趨緊張，煤質(zhì)呈逐年下降趨勢(shì),不僅設(shè)計(jì)煤種無法滿足，而且含硫量嚴(yán)重超標(biāo)及灰分顆粒大的煤大量進(jìn)入電廠，如圖3為發(fā)生高溫硫化反應(yīng)導(dǎo)致管道外表面產(chǎn)生的點(diǎn)坑狀腐蝕，據(jù)國(guó)外有關(guān)資料介紹，這種腐蝕的速率很快，較嚴(yán)重的平均管壁減薄為 0.5～0.7 mm/yr（0.6～0.8mm/104h），更嚴(yán)重的甚至達(dá)到 2～4mm/yr（2.3～4.5mm/104h）；灰分大也會(huì)導(dǎo)致通流部分的受熱管嚴(yán)重磨損，而且是正對(duì)著煙氣流動(dòng)方向的管壁面會(huì)明顯減薄，因此加裝防磨瓦是勢(shì)在必行的措施。另外，由于煤質(zhì)灰分大、易結(jié)焦，運(yùn)行人員就要加大吹灰力度，由于吹灰器的頻繁吹灰又導(dǎo)致各個(gè)受熱面管道受到吹灰磨損，根據(jù)2005年華能公司的統(tǒng)計(jì)，吹灰磨損占了磨損事故的一半。

2.2 機(jī)組升降負(fù)荷頻繁，導(dǎo)致爐管熱疲勞

機(jī)組擔(dān)負(fù)調(diào)峰任務(wù)，機(jī)組啟、?；蜇?fù)荷變動(dòng)頻繁，負(fù)荷高時(shí)達(dá)350MW，低時(shí)只有210MW，高低負(fù)荷之間相差懸殊，引起爐管金屬熱疲勞導(dǎo)致爆管。如我廠的水冷壁下聯(lián)箱的焊口曾幾次是在停機(jī)后發(fā)生的泄漏。又如鍋爐四角水冷壁管與燃燒器風(fēng)箱在熱態(tài)時(shí)，因膨脹不均勻，造成風(fēng)箱筋板焊縫幾次拉裂水冷壁管。

2.3 設(shè)計(jì)方面的原因

二級(jí)再熱器由于設(shè)計(jì)材質(zhì)等級(jí)偏低，運(yùn)行中再熱器管超溫現(xiàn)象嚴(yán)重，經(jīng)覆膜金相檢查，確認(rèn)再熱器管球化已達(dá)3～4 級(jí)。為使檢修方便通行，日方設(shè)計(jì)中在水平煙道和尾部豎井之間留有4排的檢修通道，此通道造成下部一級(jí)過熱器管排劇烈磨損。

2.4 爐管腐蝕和焊口質(zhì)量原因

管子腐蝕和安裝、檢修時(shí)焊接質(zhì)量欠佳也是“四管”爆漏的原因。火電廠燃煤中含有的Na、K、S等元素在燃燒后產(chǎn)生氧化物，凝結(jié)在爐管上，與煙氣中的金屬反應(yīng)成硫酸鹽，該硫酸鹽有粘性，形成結(jié)渣，煙氣中的SO3穿過灰渣與爐管表面上的Fe2O3和硫酸鹽發(fā)生反應(yīng)生成低熔點(diǎn)的復(fù)合硫酸鹽，當(dāng)覆蓋于管壁外表面的硫酸鹽與管材氧化后生成的氧化物形成低熔點(diǎn)液態(tài)共晶時(shí)，就構(gòu)成“基體金屬--氧化膜--熔鹽層--含硫煙氣”的四相三界面系統(tǒng)，導(dǎo)致爐管發(fā)生以電化學(xué)過程進(jìn)行的熱腐蝕；局部還存在較嚴(yán)重的沖蝕磨損。焊口的質(zhì)量也不能忽視，鍋爐水冷壁下集箱焊口曾2次出現(xiàn)泄漏，通過檢查分析，認(rèn)定是原焊口質(zhì)量存在缺陷，經(jīng)年長(zhǎng)日久腐蝕出現(xiàn)小孔泄漏。

3．應(yīng)對(duì)措施

分析了爐管的泄漏原因后，針對(duì)我廠鍋爐出現(xiàn)的若干實(shí)際問題，我們主要采取了以下的五點(diǎn)措施。

3.1 加強(qiáng)對(duì)鍋爐的技術(shù)改造

投產(chǎn)初期，由于設(shè)計(jì)、制造及安裝方面的問題，鍋爐頻繁發(fā)生泄漏事故，省煤器及頂棚過熱器均因制造質(zhì)量泄漏，二級(jí)再熱器因設(shè)計(jì)材質(zhì)等級(jí)較低而爆管，為確保鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行，十幾年來，在鍋爐檢修期間，對(duì)鍋爐進(jìn)行了全面的技術(shù)改造，自1992 年6 月11 日至今，#1鍋爐未發(fā)生泄漏事故。

近幾年主要的技術(shù)改造項(xiàng)目：

①再熱器改造

由于設(shè)計(jì)材質(zhì)等級(jí)偏低，運(yùn)行中再熱器管超溫現(xiàn)象嚴(yán)重，經(jīng)覆膜金相檢查，確認(rèn)再熱器管球化已達(dá)3～4 級(jí)，經(jīng)與三菱公司多次談判，提出了二級(jí)再熱器外6 圈管更換（共40屏，每屏10圈），材質(zhì)等級(jí)由SA213-T12 提高到SA213-T22。2000 年8 月大修，二級(jí)再熱器更換10排。2006年3月檢修，二級(jí)再熱器更換17排，三級(jí)再熱器更換16 排。

②過熱器改造

由于煙氣的沖刷導(dǎo)致一級(jí)過熱器管壁減薄，因此管排全部更換，共108 排，432 道焊口，并在磨損部位加裝防磨孔300 余塊。97 年5 月份檢修中發(fā)現(xiàn)二級(jí)過熱器及三級(jí)過熱器與管屏固定管之間相互磨擦，致使管道磨損嚴(yán)重，更換管10 根。2000 年8 月大修，一級(jí)過熱器檢查7 組，頂棚漏風(fēng)處理。

③水冷壁改造

99 年6 月份檢查發(fā)現(xiàn)水冷壁折焰角處管子磨損嚴(yán)重，加裝防磨瓦保護(hù)，計(jì)30 處。2006年3月檢修后墻水冷壁折焰角更換102 根。每年特殊部位的水冷壁進(jìn)行有計(jì)劃噴涂。

此外，針對(duì)防磨防爆小組的檢查情況對(duì)個(gè)別超標(biāo)的管道也進(jìn)行了及時(shí)的更換，這里就不再一一闡述。

3.2 加強(qiáng)檢修管理，制定實(shí)施防磨計(jì)劃

針對(duì)設(shè)備的磨損情況制定防磨計(jì)劃，一方面利用大修機(jī)會(huì)有計(jì)劃地對(duì)鍋爐受熱面進(jìn)行整治；充分利用機(jī)組大、小修機(jī)會(huì)對(duì)鍋爐受熱面進(jìn)行重點(diǎn)整治，對(duì)磨損、脹粗、熱腐蝕嚴(yán)重超標(biāo)的管子及時(shí)予以更換。對(duì)一些重點(diǎn)防磨或防腐區(qū)域刷防磨涂料，加防磨護(hù)瓦裝置或金屬噴鍍，增強(qiáng)其防磨性能。另外，根據(jù)狀態(tài)檢修對(duì)鍋爐的各種壓力管道進(jìn)行全部或部分更換，從而確保了鍋爐長(zhǎng)周期的連續(xù)運(yùn)行。

另一方面是利用小修或機(jī)組備用停機(jī)對(duì)機(jī)組易磨損部位進(jìn)行跟蹤檢查，做到逢停必檢。對(duì)變形、磨損嚴(yán)重的管子及時(shí)更換，對(duì)易磨損部位采取相應(yīng)防磨措施，提高其耐磨性能，特別是對(duì)高、低溫再熱器、對(duì)流過熱器、前后隔墻省煤器和側(cè)、后包覆過熱器等進(jìn)行重點(diǎn)檢查，把爆管事故消除在萌芽狀態(tài)。

3.3 加強(qiáng)運(yùn)行管理

運(yùn)行時(shí)認(rèn)真操作，實(shí)行壓紅線運(yùn)行考核，嚴(yán)禁鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行，認(rèn)真按規(guī)程升、降負(fù)荷，加強(qiáng)對(duì)管壁溫度的監(jiān)視，減少管壁超溫。加強(qiáng)入爐煤快速分析預(yù)報(bào)工作，為運(yùn)行人員精心操作、勤調(diào)整提供了依據(jù)。飛灰測(cè)碳在線系統(tǒng)，更有利于爐運(yùn)人員及時(shí)調(diào)整一、二次風(fēng)的風(fēng)量及配比。液壓可調(diào)得磨煤機(jī)加卸載系統(tǒng)的投用，不僅使電耗下降，而且煤粉顆粒更均勻，燃燒更安全，避免了燃燒不完全的煤粉顆粒沖刷水冷壁管引起磨損爆漏。運(yùn)行人員認(rèn)真進(jìn)行燃燒調(diào)整，盡量減少煙氣處于強(qiáng)還原性氣氛而造成對(duì)爐管的熱腐蝕。加強(qiáng)燃煤摻燒工作是運(yùn)行的重點(diǎn)工作，我廠入廠煤種繁多，供煤礦點(diǎn)近10家，各礦點(diǎn)煤質(zhì)差別很大，如阜新、雙鴨山等礦點(diǎn)煤種，平均低位發(fā)熱量只有4000大卡左右，如直接入爐，會(huì)造成鍋爐結(jié)焦，有可能造成鍋爐滅火、打炮等重大事故，為防止上述事故發(fā)生，我們根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)熱值的要求及入廠煤的實(shí)際情況，將不同煤質(zhì)分堆存放，各煤種搭配入爐，做好燃煤摻燒工作以達(dá)到鍋爐燃燒的要求，有利于安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。優(yōu)化吹灰的運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)科學(xué)吹灰，要根據(jù)燃煤的易結(jié)焦部位有針對(duì)性地進(jìn)行吹灰；另外，還要采取升降負(fù)荷方式來進(jìn)行除焦，此種方法簡(jiǎn)單易行、效果明顯，而且對(duì)鍋爐的損傷較小。

3.4 認(rèn)真抓好承壓管的焊接工作

對(duì)于承壓管的焊接，我們從技術(shù)工人、管材、焊絲等進(jìn)行了認(rèn)真的挑選，并盡可能提供給工作人員一個(gè)舒適的工作環(huán)境，并規(guī)定堅(jiān)決制止疲勞作業(yè)，焊接采用質(zhì)量較好的氬弧焊，焊后進(jìn)行焊口的無損檢測(cè)，不符合要求的返工重來，有效地提高了焊接質(zhì)量，防止發(fā)生因焊接質(zhì)量的問題而引起的泄漏事故。采用RT等手段對(duì)原焊口進(jìn)行抽查檢測(cè)，對(duì)焊接有氣孔等工藝不合要求的及時(shí)處理，并堅(jiān)持“四不放過”的原則。

3.5 制定嚴(yán)密的組織措施

九二年，廠部成立了以生產(chǎn)廠長(zhǎng)為組長(zhǎng)的鍋爐防磨防爆小組，成員包括檢修部鍋爐檢修人員、策劃部金屬專工、運(yùn)行部運(yùn)行專工等，小組定期舉行會(huì)議，討論當(dāng)前鍋爐運(yùn)行出現(xiàn)的問題并提出一系列解決措施，并在檢修期間實(shí)施，小組實(shí)行嚴(yán)格的責(zé)任分工，下級(jí)單位要對(duì)上一級(jí)負(fù)責(zé)，小組實(shí)行獎(jiǎng)懲制度，對(duì)發(fā)現(xiàn)并解決重大隱患給予獎(jiǎng)勵(lì)，由于疏忽或責(zé)任原因等人為因素造成的鍋爐泄漏事故要進(jìn)行懲戒。

多年來，鍋爐防磨防爆小組兢兢業(yè)業(yè)，人員變化但責(zé)任、制度不變，并且使鍋爐防磨防爆管理制度日益完善，三年滾動(dòng)計(jì)劃的執(zhí)行也使鍋爐防磨防爆工作更加有的放矢，得心應(yīng)手，且調(diào)動(dòng)各方人員積極性，獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，力爭(zhēng)在鍋爐防磨防爆工作中取得更大的成績(jī)。

3.6 預(yù)防鍋爐泄漏的技術(shù)措施

為了預(yù)防鍋爐泄漏我們采取了以下六點(diǎn)技術(shù)措施。完善購(gòu)煤渠道，優(yōu)化燃煤的煤質(zhì)，對(duì)特高含硫量及發(fā)熱量極低的燃煤拒絕入廠；每臺(tái)鍋爐均安裝了鍋爐四管泄漏報(bào)警設(shè)備，防止鍋爐泄漏事故的進(jìn)一步擴(kuò)大；完善鍋爐管運(yùn)行溫度管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)定期匯總分析，為金屬監(jiān)督及檢修工作提供了可靠依據(jù)；制訂鍋爐檢修三年滾動(dòng)工作計(jì)劃，并隨鍋爐運(yùn)行情況每年作相應(yīng)調(diào)整；改善鍋爐檢修人員工作條件，每次檢修前均對(duì)鍋爐內(nèi)部進(jìn)行水沖洗，對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐管磨損及腐蝕等問題，提高整個(gè)檢修質(zhì)量起到了積極作用；堅(jiān)持鍋爐檢修工作中的嚴(yán)格驗(yàn)收制度，層層負(fù)責(zé)，層層把關(guān)，全面保證鍋爐檢修質(zhì)量。

4 結(jié)束語

由于華能大連電廠采取了上述有力措施，近幾年，因“四管”爆漏而影響機(jī)組停運(yùn)次數(shù)比以前大大降低，取得了良好的效果，特別是#1鍋爐已經(jīng)連續(xù)14年未發(fā)生四管泄漏事故?，F(xiàn)在，一方面隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，電力市場(chǎng)迫切要求機(jī)組大負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的同時(shí)還要參與電網(wǎng)的調(diào)峰工作，這對(duì)設(shè)備逐漸老化的機(jī)組是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)；另一面煤炭生產(chǎn)及煤炭運(yùn)輸市場(chǎng)的緊張，導(dǎo)致煤源復(fù)雜而且煤質(zhì)惡劣，這對(duì)鍋爐的工作環(huán)境帶來了嚴(yán)重的威脅，因此，探討在這種環(huán)境下如何保持鍋爐的無泄漏運(yùn)行還是一個(gè)任重道遠(yuǎn)的工作。