鍋爐四管泄漏的原因分析

鍋爐水冷壁、過熱器、再熱器和省煤器（簡稱鍋爐“四管”）爆漏約占全部鍋爐設(shè)備事故的40％～60％，甚至70％。因此，減少鍋爐四管泄漏次數(shù)，降低鍋爐強(qiáng)迫停運(yùn)時間，是提高鍋爐運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素。引起鍋爐四管泄漏的原因較多，其中磨損、腐蝕、過熱、焊接質(zhì)量差是導(dǎo)致四管泄漏的主要原因。

鍋爐四管泄漏的原因分析

1．磨損

煤粉鍋爐受熱面飛灰磨損和機(jī)械磨損，是影響鍋爐長期安全運(yùn)行的主要原因。飛灰磨損的機(jī)理是攜帶有灰粒和未完全燃燒燃料顆料的高速煙氣通過受熱面時，粒子對受熱面的每次撞擊都會肅離掉極微量的金屬，從而逐漸使受熱面管壁變薄、煙速越高，灰粒對管壁的撞擊力就越大；煙氣攜帶的灰粒越多（飛灰濃度越大），撞擊的次數(shù)就越多，其結(jié)果都將加速受熱面的磨損。長時間受磨損而變薄的管壁，由于強(qiáng)度降低造成管子泄漏。受熱面飛灰磨損泄漏、爆管有明顯的宏觀特征，管壁減薄，外表光滑。運(yùn)行中發(fā)生嚴(yán)重泄漏時，可發(fā)現(xiàn)兩側(cè)煙溫偏差，不及時停爐處理，往往會加大泄漏范圍，并殃及其他受熱面的安全。

造成嚴(yán)重飛灰磨損的原因是結(jié)構(gòu)因素，設(shè)計(jì)、安裝與檢修的不足都可能導(dǎo)致磨損加劇。位于煙氣走廊的省煤器、再熱器的彎頭，過熱器下彎頭及管卡附近的邊排管和穿墻管部位是飛灰磨損較為嚴(yán)重的部位，特別在省煤器區(qū)，煙氣溫度已較低，灰粒變硬，磨損更為突出。噴燃器、吹灰器和三次風(fēng)噴嘴附近水冷壁等處也是煤粉磨損較為嚴(yán)重的部位。在安裝、運(yùn)行和檢修過程中，如果受熱而管子未固定牢或管卡受熱變形，管排就會發(fā)生振動并與管卡發(fā)生碰撞磨損，造成機(jī)械磨損而漏泄。

飛灰磨損速度取決于灰粒成份（主要是SiO2）、灰量、灰粒的動能及飛灰濃度。金屬磨損量與煙氣流速的三次方成正比。因此，尾部煙道中設(shè)計(jì)煙速的大小對飛灰磨損率有決定性的影響，要選取合理的煙速。同時應(yīng)盡量減小速度分布不均勻，避免在省煤器邊排管與爐墻之間、省煤器彎頭與爐墻之間、再熱器與兩側(cè)墻之間，存在一個煙氣走廊。這個區(qū)域由于煙氣流動阻力小，局部煙速可增大到平均煙速的兩倍，甚至更大，造成這些和所管子磨損嚴(yán)重。

2．腐蝕

鍋爐“四管”受熱面的腐蝕主要是管外的腐蝕和水品質(zhì)不合格引起的管內(nèi)化學(xué)腐蝕。當(dāng)腐蝕嚴(yán)重時，可導(dǎo)致腐蝕爆管事故發(fā)生。水冷壁上如果產(chǎn)生結(jié)渣，在周圍處于一定溫度和還原性氣體條件下，會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的水冷壁管外腐蝕。水冷壁的高溫腐蝕和還原性氣體的存在有著密切的關(guān)系，CO濃度大的地方腐蝕就大。管壁溫度對腐蝕的影響也很大，在300～500℃范圍內(nèi)，管壁外表面溫度每升高50℃，腐蝕程度則增加一倍。水冷壁高溫腐蝕部位多在熱負(fù)荷較高、管壁溫度較高的區(qū)域，如燃燒器附近。過熱器、再熱器區(qū)還原性氣體比爐內(nèi)低，腐蝕速度一般比水冷壁小。但是大容量鍋爐的過熱器、再熱器的壁溫較高，尤其是左右兩側(cè)煙溫相差較大時，腐蝕現(xiàn)象也相當(dāng)嚴(yán)重。在腐蝕溫度范圍內(nèi)，除選用耐腐蝕的合金鋼和奧氏體鋼外，應(yīng)控制爐膛出口煙溫的升高和煙溫偏差等因素，以免引起局部過高的壁溫而使腐蝕速度增大。

正常運(yùn)行情況下，鍋爐并不會引起管內(nèi)腐蝕與結(jié)垢。品質(zhì)良好的給水中帶有少量雜質(zhì)，通過爐水處理成為水渣或膠狀物質(zhì)，溶解在水中通過排污排出。當(dāng)給水品質(zhì)不良時，爐水中的Fe、Cu、Ca、Mg、SiO2等雜質(zhì)在蒸發(fā)受熱面內(nèi)被濃縮，并從鍋水中游離出來附著在管內(nèi)表面，形成水垢，水垢的傳熱系數(shù)只有鋼管的1／200，影響傳熱，并使壁溫上升，導(dǎo)致管壁過熱鼓包或破裂。破口部分多呈刀刃狀，破口附近由于汽水沖刷，幾乎沒有水垢。噴水減溫水質(zhì)不良，鍋爐內(nèi)分離裝置損壞或其他原因和蒸汽品質(zhì)惡化時，過熱器、再熱器管可能發(fā)生結(jié)垢爆管、管子脹粗。如某廠鍋爐水冷壁發(fā)生爆漏，裂口50mm×75mm，割開附近未破的水冷壁管發(fā)現(xiàn)垢厚2mm，水垢成分為Fe2O346.6％、P2O526％、CaO5.2％、SiO24.8％。原因是給水含鐵量超標(biāo)，磷酸根含量過大。

鍋爐受熱面在停用時與不合格水或濕空氣接觸，受空氣中O2、CO2和SO2的影響會產(chǎn)生管內(nèi)化學(xué)腐蝕。在給水含氧超標(biāo)時，使省煤器內(nèi)壁產(chǎn)生點(diǎn)狀氧腐蝕。

通常鍋爐受熱面內(nèi)表面有一層幾微米厚的磁性氧化膜（Fe3O4），這層薄膜可以阻止水與膜下的金屬接觸，使反應(yīng)停止。如果運(yùn)行中磁性氧化膜保持完好，或者局部損壞后能自行恢復(fù)，就不受腐蝕。當(dāng)保護(hù)性氧化膜與水、空氣接觸時，Fe3O4轉(zhuǎn)為Fe2O3，失去保護(hù)作用，這一反應(yīng)在運(yùn)行中和停用中都會發(fā)生。在pH值為9～11時腐蝕不大，當(dāng)pH值小于5或用于13時，保護(hù)性氧化膜是可溶的。一般運(yùn)行情況下，鍋水平均pH值為9～11，然而，在鍋爐沉積物下，鍋水可能濃縮，在破壞保護(hù)膜以后，腐蝕也就不再被抑制。當(dāng)鍋水中有游離的NaOH時，在多孔性的沉積物下造成不規(guī)則的損壞，當(dāng)管壁減薄到一定程度后穿孔，但管子韌性和金相結(jié)構(gòu)都無改變，也無鼓包，即所謂垢下腐蝕。在以海水為循環(huán)水的凝汽器泄漏時，一方面在管內(nèi)有鹽類沉積，另一方面循環(huán)水中的MgCl、NaCl使鍋爐pH值降低，在致密沉積物下面由于酸的存在加速了腐蝕。在腐蝕過程中引起局部氫分壓的增大，氫將滲入鋼中并與鋼中碳化物發(fā)生反應(yīng)而生成甲烷，并沿晶界發(fā)生裂紋。被脫碳的鋼沿管壁厚度發(fā)生脆化，并導(dǎo)致爆管，即所謂氫脆。氫脆的物理特征是：有無數(shù)的細(xì)小裂紋，并在裂紋部位有部分或明顯的脫碳現(xiàn)象，在氫脆的管子上通常有硬而脆的覆蓋物。

3．過熱

過熱器和再熱器是鍋爐承壓受熱面中工質(zhì)溫度和金屬溫度最高的部件，而汽側(cè)換熱效果又相對較差，所以過熱現(xiàn)象多出現(xiàn)在這兩個受熱面中。受熱面過熱后，管材金屬溫度超過允許使用的極限溫度，發(fā)生內(nèi)部組織變化，降低了許用應(yīng)力，管子在內(nèi)壓力下產(chǎn)生塑性變形，使用壽命明顯減少，最后導(dǎo)致超溫爆破。因此，超溫意味著降低安全系數(shù)或減少使用壽命，應(yīng)嚴(yán)格控制蒸汽溫度的上限。

如果存在爐膛高度設(shè)計(jì)偏低，火中心偏后、受熱面偏大、受熱面選材裕度不夠或錯用材料、不動力工況差、蒸汽質(zhì)量流速偏低和受熱面結(jié)構(gòu)不合理等因素，都會造成受熱面超溫或存在較大的熱偏差及局部超溫；在制造、安裝和檢修中，如果出現(xiàn)管內(nèi)異物堵塞而造成工質(zhì)流動不暢、斷路、短路等情況，會導(dǎo)致受熱面的超溫；運(yùn)行中如果出現(xiàn)燃燒控制不當(dāng)、火焰后移、爐膛出口煙溫高或爐內(nèi)熱負(fù)荷偏差大，燃燒不完全引起煙道二次燃燒，減溫水投停不當(dāng)、管內(nèi)結(jié)垢等情況，也會造成受熱面過熱。

4．焊接質(zhì)量

鍋爐本體是由焊接組裝起來的，每個受熱面的每一根管子都有多個焊口，一臺大型鍋爐整個受熱面焊口數(shù)量多的達(dá)幾萬個。而受熱面又是承受高溫高壓的設(shè)備，焊接缺陷主要有裂紋、未焊透、未熔合、咬邊、夾渣、氣孔等，這些缺陷存在于受熱面金屬基體中，使基體被割裂，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。在介質(zhì)內(nèi)壓作用下微裂紋的尖端、未焊透、未熔合、咬邊、夾渣、氣孔等缺陷處的高應(yīng)力逐漸使基桿開裂并發(fā)展成宏觀裂紋，最終貫穿受熱面管壁導(dǎo)致爆漏事故。因此，焊接質(zhì)量的好壞對鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重大的影響。焊接缺陷的產(chǎn)生原因很多，它與結(jié)構(gòu)應(yīng)力、坡口形式、母材、焊接材料、焊接參數(shù)、熱處理工藝和焊工技術(shù)水平等有關(guān)。