锅炉培训资料：四管泄露.docx

1背景及意义
   电站锅炉关键部件主要是锅炉的“四管”，即水冷壁、省煤器、过热器和再热器，四管直接承担着锅炉的全部蒸发任务，是锅炉完成由给水转化为合格干蒸汽的主要载体，也是自燃循环锅炉的主要受热面，四管内的介质通过吸热蒸发推动整个给水流动。由于四管直接接触外部燃烧的流动介质，内部受给水流动的冲刷。外部燃烧后的飞灰磨损和内部流体的冲刷，导致其管壁在运行中逐渐变薄。当管壁变薄到一定程度，不能承受了内部流体的压力时，就会出现爆裂，高压力的介质直接喷向接近大气压的炉膛内部，引起其他四管的冲刷而泄漏，封闭循环被打破，后面管道内介质流动变缓，影响到整个循环的正常进行，锅炉会被迫停运，机组稳定运行中止。四管泄漏直接影响到发电机组的安全运行和稳发多供，是电站非计划停运的主要因素。因此找到四管泄漏的原因，从根本上治理四管泄漏，是发电厂减少非计划停运的关键。本文从不同侧面反映四管泄漏的原因，并结合靖远发电有限公司运行的东方锅炉厂产4×200MW机组配备670T/h锅炉产生四管泄漏的特例，统计分析历年来泄漏发生的频率和部位，介绍防治四管泄漏的原因，对其他锅炉防治四管泄漏有一定的借鉴意义。
2影响锅炉受热面寿命的因素

   电站锅炉四管泄漏问题一直是困扰锅炉设备的头等问题，特别是尾部烟道内部设备，长时间在烟气冲刷情况下，随着锅炉运行时间的推移，飞灰磨损、热腐蚀、金属疲劳等综合因素的影响，导致其使用寿命不断降低，根治四管泄漏也是非常困难的事情。但并不是不可避免的，可以采取一定的手段降低泄漏的发生率，比如采取防磨措施、调整燃烧工况、减少锅炉冷热次数等。根据现在电站使用自然循环锅炉的情况，影响锅炉受热面寿命的主要因素有以下几个方面:    
    2.1飞灰磨损
   飞灰磨损为影响受热面寿命的主要因素。从外部因素看，原煤为不可再生资源，随着燃煤资源的开发和利用，对火力发电厂的影响也越来越大。原煤中的灰分也难于控制，在大部分地区，进厂原煤的应用基灰分最高可达到45,以上，长期使用的原煤应用基灰分也在25%左右。如此高的灰分造成了燃烧后飞灰浓度急剧增加，对受热面的磨损也是日益严重。灰分的增加还导致了受热面的积灰存在，特别在过热器、再热器和水冷壁部位，积灰增加后，不能及时被清理后，导致该部位管子传热效果降低，金属壁温降低，在350℃以下的积灰还能吸附SO2导致管子的腐蚀加剧。飞灰磨损不仅与煤质有关，而且与原煤的磨制过程也有很大的关系。在制粉系统中，磨制煤粉部件的损耗往往会增加煤粉中铁或其他金属颗粒，这些金属颗粒极不易熔化，特别是煤粉细度越低金属颗粒越容易随着飞灰进入尾部烟道。有些金属颗粒还可以在燃烧过程中和原煤中的其他元素发生化学反应后生产更难于熔化的物质，随着烟气进入烟道，加剧对尾部烟道设备的磨损。从内部因素看，飞灰对四管的磨损与其特性有很大关系。在磨损中起主要作用的是飞灰中那些大的颗粒，同时有足够硬度和锐利棱角的颗粒要比球形颗粒磨损更严重些。飞灰在炉膛内如果没有达到其熔化温度时仍然保持其原有的形状，进入烟道后随着温度的降低，其硬度有所增加，撞击管道的力量加剧，对四管的磨损就加剧。特别是飞灰中的SiO含量对磨损的程度影响更大，当其含量大时，磨损显著加剧。因此锅炉中省煤器的磨损往往比过热器的磨损要快些，因此对低温段受热面的防磨要更多的关注。由于原煤中灰分的存在和制粉过程的磨损存在飞灰磨损是不可避免的。
   2.2安装质量
   设计锅炉都能从各方面考虑承压部件的泄漏问题，但在安装过程中受具体现场位置的限制，会存在许多不能及时发现和消除的缺陷，影响到承压部件的寿命，特别是新安装的锅炉安装质量引起的四管泄漏比较普遍。这中间首先是各部接口的焊接质量。随着电厂对效益的强烈需求，安装一台锅炉的时间由原设计的两年压缩到一年左右，投入安装后对工期的要求就很高，导致安装单位投入更多的人力来赶工期。安装过程中诸多的管道并不是每一个焊口都有足够的位置来按照工艺施工，对于管排位置不好的焊接部位，金属监督不能全面涉及到，会存在一些焊接质量问题不能及时被发现。这为今后的运行埋下了隐患，一般在运行一年以后就会明显的暴露出来。其次为管排的安装质量，管排排列不够均匀，存在较大的烟气走廊，导致该部位烟气流速加剧，增加了对管道的冲刷。特别是省煤器的安装中存在烟气走廊较多，两侧墙处和前后墙部位烟气走廊没有处理好，流通通道较大，侧墙部位的管道磨损严重，还有就是在安装时对于可能存在烟气走廊和迎风面的管子防磨措施没有处理好，弯头部位均采用了防磨瓦遮挡，可在迎风面没有采取任何防磨措施，没有加装防磨瓦，导致迎风面磨损直接冲刷管排，使其强度明显降低。
   2.3锅炉的运行工况
   运行工况的影响是长远的，是四管寿命的关键保证，其影响面不仅涉及到受热面的外部条件，对管道的内部影响也不容忽视。首先就是烟气流速。受热面金属表面的磨损正比于飞灰颗粒的动能和撞击次数，飞灰颗粒的动能同速度的平方成正比，撞击速度同速度的一次方成正比，这样管子金属的磨损同烟气流速的三次方成正比，控制烟气流速可以很好的减少受热面的磨损。烟气流速同锅炉的炉膛负压、风比配合、部件分配等因素有关，在保证水平烟道过量空气系数的前提下，尽可能的控制烟气流速。其次调整好介质温度，防止出现超温现象，特别是过热器部位，超温对金属的寿命影响较大。管壁温度长期超过设计温度时，在高温作用下，导致钢材组织结构变化，蠕变速度加快，持久强度下降，使用寿命达不到设计要求而提前爆破损坏。长期超温大多发生在过热器上。短期的超温也会使钢材的抗拉强度急剧下降，在介质压力作用下，温度最高的向火侧首先产生塑性变形，管径胀粗，管壁变薄，随后发生剪切断裂而爆破。短期超温大多发生在水冷壁和凝渣管上，特别是水冷壁管热负荷最高的地方。影响四管寿命的还有燃烧室火焰烧偏。燃烧室内火焰调整不当，导致火焰或烟气从一侧冲刷，不仅会使该部位管子超温，还容易造成受热面温度过高后结焦，造成热腐蚀;烧偏后也相当于形成了烟气走廊，加剧了部分管道间的烟气流速升高，磨损加剧。运行调整对受热面的损害是缓慢的过程，爆管一旦发生往往是很难修复的，不像机械磨损可以通过测厚或其他仪器检测到。
   2.4腐蚀性损坏
   腐蚀性损坏包括腐蚀性热疲劳和低温腐蚀。钢材一直处在高温区域中，其外部接触高温部分的材质组织结构会随着时间的推移发生变化，慢慢向内转移，导致金属结构的变化，其强度和蠕变应力有所降低或升高，塑性降低，遇到外力作用后容易发生裂纹或爆开。发生高温腐蚀的部件主要集中在水冷壁热负荷区域。尾部烟道长期存在二次燃烧也会产生高温腐蚀。低温腐蚀主要发生在尾部烟道内由于烟气温度降低后在个别地方会出现烟气中的酸性气体出现结露形成酸性液体腐蚀管材。受热面上结焦后影响到传热效果后也会导致结露的出现。防止腐蚀在高温区域主要是减少火焰的贴壁燃烧和局部烧偏后长期处在高温状态下。防止低温腐蚀主要是控制好排烟温度，尽可能的使排烟温度高于烟气的露点。腐蚀损坏一般可以很好的控制，出现由此引起的四管泄漏不多，在设备运行时间长了以后会出现此类泄漏.
   2.5机械损伤
主要指在安装或检修过程中由于人为的原因使金属表面受伤、强度降低或出现应力集中不能承受了介质的压力而产生的爆管。检修中经常锯割管道或对部分管道修复，不小心时容易伤到其他管子而没有及时发现，或者在焊接、气割其他管子时误碰到邻近管道没有及时发现或处理。焊接管子没有严格按照焊接工艺进行或热处理没有达到预定的目标也可列为机械损伤。此类泄漏是完全可以避免的，主要是加强检修的责任心和检修时的监督，及时发现和消除损伤的管子。 
防磨措施
   涂抹防磨涂料、喷涂防磨层等，在空气预热器上面还采用加装防磨套管等。在易磨损部位安装防磨瓦是常用的措施，该防磨措施费用低，检修方便，很直观的可以观察到防磨部件的磨损情况，并及时的更换防磨瓦。常用的防磨瓦是采用冲压盖板式，事先根据受热面管子的外径，制作好半圆形钢瓦，焊接在管子上或采用管箍扣在管子上。还有采用角钢式、1/4管式、圆钢式等。采用防磨瓦防磨可以在定期检查中更换变薄的防磨瓦，管子不受影响，特别是采用管箍固定，对管子没有任何伤害，不影响管子的结构和组织，可以很好的保护管子。但采用防磨瓦在安装受热面时把防磨瓦制作好安装上很容易，如果在日常检修中，并不是所有的地方都可以更换的，如上下弯头部位就很难在受热面不拆除情况下更换，对于顺列布置的管道第二排的更换也比较困难，错列布置的第二层更换也困难。采用涂抹防磨涂料防磨，检修费用也低，但其寿命不长，防磨程度与施工工艺关系很大。防磨的涂料层一般较厚，对于管排比较密集的省煤器会影响其通流面积，相反会增加烟气走廊部位的冲刷程度;防磨涂料还存在传热效果不好，长期的粘贴在管子上后相当于受热面的结焦一样，会在管子上形成一定的腐蚀;而且涂料在经过几次运行后会出现不同程度的剥离现象，如果有重物如人员踩上容易脱落。采用喷涂方法可以不改变流通面积，对于狭小的部位也可以涉及到，防磨层寿命长，外表美观，但费用较高，采用热喷涂后容易改变管子的组织，对喷涂的工艺要求严格，如果工艺不好、喷涂层与管子结合不够严密时，容易在管子热胀冷缩中脱落或起皮影响防磨效果。综合以上分析对于防止飞灰磨损方面最理想的还是采用防磨瓦型式，对受热面的传热效果影响不大，而且随着科技的发展，现在的防磨瓦可以制作的耐磨程度更高，形式更加多样化，成批量生产能力高，检修费用低廉，可以使用在除了水冷壁以外的其他受热面上。
    对于易磨损部位应能提前发现磨损的发展情况，这要求充分利用每一次的停炉检修机会，做好受热面的检查工作。停炉检查部位应侧重于检查以下部位:锅炉受热面经常受机械和飞灰磨损部位(如穿墙管、悬吊管、管卡处管子和省煤器、水平烟道内过热器上部管段、卧式布置的再热器等)。易因膨胀不畅而拉裂的部位(如水冷壁四角管子、燃烧器喷口和孔，门弯管部位的管子，工质温度不同而连在一起的包墙管，与烟、风道滑动面连接处的管子等)。?受水力或蒸汽吹灰器的水(汽)流冲击的管子及水冷壁或包墙管上开孔装吹灰器部位的邻近管子。

运行调整
  烟气的流速对受热面的影响很大，因此运行调整首先要控制好烟气流速。控制烟气流速应在锅炉燃烧和传热的前提下，尽可能的降低水平烟道处过量空气，控制好炉膛负压，及时调整风量，保证送风和引风的均衡。减少烟气中的飞灰含量也可以从经济角度考虑提高烟气流速。烟气中飞灰含量降低后可以很大程度上减少受热面的磨损。随着煤炭的紧张，电厂自主的选择煤种已经不可能，许多地方由于燃煤告急而不得不停机备用的现象从另一个侧面反应了燃煤中的灰分不是电厂所能左右的。但进厂后的煤比参配或制粉系统的调整可以减轻烟气中的飞灰量，如采用较细的煤粉细度，降低飞灰的撞击动能，压制火焰高度，使飞灰能够以焦渣的形式沉入炉膛底部的捞渣机中等。在运行调整中还应严格控制管壁温度，减少和杜绝超温现象的出现。及时调整减温水量，减少管子特别是过热器管子的介质短路现象，减少火焰烧偏或贴壁，都可以减少超温的出现。超温大部分出现过热器部位。过热器超温同锅炉负荷有关系，锅炉负荷增加，过热器温度也随着升高;还与过量空气系数有关，过量空气增加，烟气流速增大，对流传热加剧，导致过热器温度升高;给水温度升高，过热器温度也随着升高;受热面结焦，过热器温度也随着升高等，对于再热器同样存在上面的问题。运行调整是一个综合性的调整过程，不仅要调整好减温水量控制蒸汽温度，同时要调整好燃烧稳定、及时吹灰保持受热面干净、控制好烟气流速和过量空气系数、根据燃煤的特性合理选择燃烧方式和调整燃烧角度等  。

   四管泄漏是对电站锅炉来说是一个永恒的主题，是经常性的工作，杜绝四管泄漏也是很难实现的，只有对泄漏进行根据原因的防治和预防。做好运行调整是防止四管泄漏的根本，是防止四管泄漏的最好办法，运行调整主要从防止超温、防止烟气流速过大、防止火焰烧偏、防止结焦等方面着手。受热面的防磨是从外部治理，在其他条件不能满足时采用防磨可以减缓磨损进度。