鍋爐四管泄漏產生的原因分析和防范措施

1、原因分析

“四管”是指鍋爐本體范圍內的承壓管件中的省煤器管、水冷壁管、過熱器管和再熱器管。“四管泄漏”是指以上四種鍋爐本體承壓管件由于過熱、腐蝕、磨損等原因引起的泄漏、破裂或者爆管等。造成四管泄漏、爆管的原因主要有以下幾個方面：

① 運行中的磨損。

② 高溫腐蝕。

③ 由給水品質等引起的管內腐蝕。

④ 長期的超溫運行。

⑤ 運行環境的影響。

⑥ 檢修、安裝質量的影響

1.1 磨損是鍋爐"四管"泄漏的主要原因之一

磨損泄漏爆管主要發生在省煤器、低溫過熱器、低溫再熱器等煙溫較低的尾部受熱器上及噴燃器火嘴附近的水冷壁彎管。省煤器是很密集的管排，煙氣在其中有較高的流速。如果爐煙中含有較多的灰粒，或在啟動鍋爐的過程中由于燃燒不完全而使大量煤粉隨爐煙跑向尾部，都會加劇省煤器的磨損速度。低溫過熱器、低溫再熱器的磨損一般發生在局部位置，對Π 型布置的鍋爐來說，靠爐坡墻的管子、管子的穿墻部位、管子彎頭、管子與梳形卡的接觸部位等處都可能存在磨損現象。

1.1.1 磨損的機理：煤粉爐的煙氣帶有大量飛灰粒子，這些飛灰粒子都有一定的動能，當煙氣沖刷受熱面時，飛灰粒子就不斷的沖刷管壁，每次都從管子上削去極其微小的金屬屑，久而久之，就會使管壁變薄，這就是磨損。

1.1.2影響受熱面磨損的因素很多，主要有以下幾個方面：

①飛灰速度 磨損量和飛灰速度的三次方成正比，煙氣流速每增加一倍，磨損量要增加7倍。

② 飛灰濃度 飛灰濃度增大，飛灰沖擊次數增多，使磨損加劇。

③ 灰粒特性 灰粒越粗，越硬，磨損越嚴重。飛灰中含碳量增加，也會使磨損加劇，因為灰中焦碳的硬度比灰粒要高。

④ 飛灰撞擊率 飛灰顆粒大、比重大、煙氣流速快、煙氣粘度小，則飛灰的撞擊機會就多，磨損就嚴重。

1.2 受熱面高溫氧化腐蝕也是引起四管泄漏的一個重要原因

過熱蒸汽器、再熱蒸汽器在高溫、應力、腐蝕介質下長期工作，管子外壁受高溫煙氣的沖刷腐蝕，產生高溫煙氣氧化腐蝕；管子內部受流動過熱蒸汽溫度和壓力的作用，產生高溫蒸汽氧化腐蝕，這樣，在內外腐蝕作用下，受熱面管材過熱、變薄、老化，直至失效爆管。

煙氣側的高溫腐蝕是一個復雜的物理化學過程，高溫腐蝕主要是硫酸鹽型高溫腐蝕。鍋爐在運行中，管壁中的鐵與氧反應生成一層很薄的氧化鐵，該氧化鐵對管壁具有保護作用，但是，如果在過熱蒸汽器、再熱蒸汽器煙氣側產生硫酸鹽型高溫腐蝕，就會破壞這層穩定的氧化鐵保護層，管壁會因腐蝕而變薄，造成受熱面失效。硫酸鹽型腐蝕多發生在550～710 ℃的溫度下，其中在650～700 ℃的溫度下腐蝕最強烈，其化學反應為：

4Fe+3O2====2（Fe2O3）（堿金屬氧化物），

M2O+SO3====M2SO4 （堿金屬硫酸鹽熔點較低）

3 M2SO4+ Fe2O3+3SO3====2M3Fe(SO4)3（復合硫酸鹽熔點很低）

蒸汽側高溫氧化腐蝕的化學反應過程為：

Fe+4H2O==== Fe3O4+4H2 (1)

Fe3O4+ Fe====4FeO (2)

3FeO+ H2O==== Fe3O4+H2 (3)

高溫過熱蒸汽發生在上述式（1）～（3）的循環氧化過程中。隨著管子氧化腐蝕層的加厚，明顯影響管壁的傳熱性能，降低管子的熱效率，同時使管壁溫度升高，進一步加速氧化腐蝕，引起管材過熱及過早老化，強度降低，直到管壁不能承受管內壓力時，即發生爆管。另外，由于氧化層與母材的膨脹系數不同，且脆性大，在鍋爐起停頻繁時，易使氧化層脫落并沉積在管內下部，增加流動阻力，破壞正常的熱循環而引起管壁溫度升高，加速組織的球化過程，使基體中的合金元素貧化，造成管材的耐熱性能和熱強性能降低而產生爆管。高溫受熱面工作溫度均在鋼材的蠕變溫度范圍內。超溫過熱造成失效以蠕變爆管為主，這種形式的爆管在直管段、彎管段均有，以彎管段居多；高溫氧化腐蝕導致管壁減薄而失效（在這種失效中也伴隨著管壁超溫，加劇組織老化）多發生在過熱蒸汽器、再熱蒸汽器出口管段。

1.3 鍋爐給水中含有雜質使受熱面結垢引發爆管泄漏

因為水中含有能結垢的物質-鈣、鎂鹽類。產生了一系列的物理、化學變化。某些鈣、鎂鹽類受熱生成難溶的沉淀物；水溫升高后，某些具有負溶解度的鹽溶解度下降達到一定程度-過飽和狀態后能從水中直接析出；水不斷蒸發、濃縮，含鹽濃度增大，超過飽和濃度后，也將沉淀析出。所析出的沉淀物可能有兩種形式：一種是牢固地粘結在受熱面內壁上，形成質地密實的沉積物-水垢；一種是懸浮在水中的松散沉淀物-水渣。某些水渣極容易粘附在水流緩慢或停滯的管子內壁上，經高溫烘焙后，常轉變成水垢。由于水垢的導熱系數比鋼材小幾十到幾百倍。所以管壁結垢會嚴重地阻礙傳熱。使受熱面金屬壁溫升高而過熱，以至燒壞爆管。

1.4 長期超溫運行也是鍋爐"四管"泄漏的重要原因

鍋爐受熱面長期在高溫中運行，會使金屬的金相組織發生有規律的變化，顯微組織經歷一個動態變化過程，主要表現為碳化物的變化。長期在高溫形態下工作，碳化物形態從未球化到球化，最后形成蠕變孔洞和蠕變孔洞鏈，出現明顯蠕變損傷特征。同時，由于在實際運行過程中，由于調整不當或者煤種變化等原因，使受熱面經常在高于允許溫度的范圍內工作， 隨著受熱面的溫度超過設計使用溫度，鋼的基體組織球化和蠕變速度加快，組織嚴重老化，致使蠕變極限下降，從而產生了蠕變孔洞，隨著運行時間的增加，蠕變孔洞也增加這些蠕變孔洞逐漸擴大并連接成串，形成微裂紋，然后又形成較大的裂紋，直至過熱爆管。

1.5 管子制造、安裝、檢修焊縫的質量是鍋爐"四管"爆漏的又一大原因

安裝、檢修焊接質量問題造成焊接部位產生應力集中和接頭機械性能下降等，如焊口的咬邊、滿溢、焊瘤、內凹（塌腰）、未焊透、夾渣、氣孔、裂縫（包括熱裂縫、冷裂縫和再熱裂紋等），致使焊口處成為薄弱部位而造成爆管。異種鋼焊接部位也是易造成爆管的部位，會在焊接接頭處因熱脹差發生環向的破裂。水冷壁管的泄漏部位主要就發生在焊口位置。

停爐檢修中更換水冷壁管，一般對管子的焊口比較重視。但對鰭片管的焊接質量容易忽視，認為鰭片單面焊接就可以。更換水冷壁管后，對鰭片僅進行單面焊接，在鍋爐運行后，由于水冷壁管與鰭片的膨脹系數不一樣，容易造成水冷壁拉裂。可見，檢修質量的不過關，主要是焊接質量的不過硬，都給管子的泄漏留下了隱患。

1.6 運行環境的影響也促使鍋爐"四管"易泄漏

1.6.1 機組的頻繁啟停、負荷率低，造成機組爐管和焊口金屬疲勞，增加鍋爐的爆漏幾率。

1.6.2 火焰中心調整不恰當。一、三次風沖刷水冷壁管爐墻，管子減薄而發生爆管泄漏；火焰中心偏低，造成爐底溫度高，一方面容易過熱，另一方面也易產生爐底漏渣，從爐內漏出的高溫爐渣包覆在底部水冷壁管與定排管上，使水冷壁爐底管、定排管形成短期超溫過熱，從而引起水冷壁爐底管和定排管的爆管泄漏。

1.6.3 停爐后快速冷卻的影響。因目前電力形勢的緊張，鍋爐發生"四管"泄漏后均要求進行搶修，有時為了搶檢修時間，不得不在停爐后進行快速冷卻,使管子承受巨大的熱應力，幾次下來，造成鍋爐爐管的材質性能下降，有些雖然現在還沒有顯出來，但也給鍋爐"四管"留下了隱患。

1.7 其他原因

1.7.1 防磨蓋板脫落 尾部受熱器的前幾排管子直接地受到煙氣灰粒的沖刷，因此前幾排管子的磨損較后面管排嚴重；局部位置的防磨蓋板因固定方式不正確（直接點焊于管子上），防磨蓋板與管子的膨脹量不一致，在運行中易發生變形、脫落，未得到及時的恢復完善，受熱面管子受煙氣的直接沖刷磨損（稱飛灰磨損）而減薄管壁，及至發生爆管。

1.7.2 機械磨損

管排固定裝置的松動、脫落也會造成"四管"泄漏。如固定受熱面管子的拉鉤、管卡、管夾管松動脫落，使管子與管子之間、管子與管夾管之間互相碰撞、磨擦而磨損。當管壁減薄到一定程度時，在內壓的作用下，管子發生爆破。

2、防止四管泄漏的措施

以上分析了產生四管泄漏的原因，下面將因病施治，針對產生的原因，提出預防的措施。

2.1 完善防磨、防腐措施，采用新技術、新方法來增加設備的使用壽命。如省煤器穿墻處、靠墻兩側添加防磨護板，并補充完善管子上的防磨蓋板，以加強防磨作用；水冷壁管燃燒區域內，特別是焊口位置，高溫腐蝕嚴重，為防止高溫腐蝕采用20G 無縫管外表面超音速噴涂新型防腐蝕材料，取消已往的滲鋁等防腐蝕技術，同時也解決了焊口位置容易發生高溫腐蝕的問題。

2.2 加強燃燒調整,合理配風，避免風量過大或缺氧燃燒，減少煙氣中的飛灰含量，從而有效的從源頭上減輕磨損。運行調整中，注意一、二次風的合理搭配，防止發生火焰偏斜, 貼壁, 沖刷受熱面等不良情況.投、停燃燒器應注意分布對稱, 均勻, 以盡量減小熱力偏差, 防止受熱面超溫.

2.3 嚴格按照鍋爐監察和金屬監督規程，嚴禁超溫、超壓運行，加強爐水管理，把pH 值控制在要求的范圍內。停爐檢修期間，要采取妥善的防腐措施。根據蒸汽側高溫氧化腐蝕機理，采取措施，減輕或防止高溫腐蝕的發生。

硫酸鹽高溫腐蝕的程度主要與溫度的高低有關，溫度越高，腐蝕越嚴重，控制管壁溫度是減輕高溫腐蝕的最有效辦法。在實際應用中，有以下一些具體方法：把過熱蒸汽、再熱蒸汽溫度控制在一定范圍內；把過熱蒸汽器、再熱蒸汽器及固定件等易腐蝕部件布置在低溫煙氣區；合理布置過熱蒸汽器、再熱蒸汽器系統，使金屬溫度維持在腐蝕危險溫度以下。2.4 加強給水品質管理，嚴把化學水處理關。

2.4.1 作好凝汽器的防漏、堵漏和防垢、防腐工作。凝汽式電廠，凝結水是鍋爐給水的主要來源，而凝汽器的冷卻水都是生水，如凝汽器銅管泄漏不僅帶入大量的鹽類、固形物，造 成熱力系統結垢和垢下腐蝕，同時還帶入大量的氧、二氧化碳等不凝氣體，既破壞真空度，影響熱效率，還因系統氧和pH 不合格而造成腐蝕，使給水銅、鐵超標而進一步引起水冷壁結 垢、腐蝕。

2.4.2 搞好熱力除氧和化學除氧。在熱力系統內大量氧的存在，對系統內銅、鐵等金屬的腐蝕危害是嚴重的，尤其在同時有大量二氧化碳存在等弱酸性條件下，會大大加速對銅、鐵設備的腐蝕。凝汽器通過抽真空和給水在熱力除氧器達到脫氧器正常壓力和溫度，以排走工質水中大量的氧，二氧化碳和不凝汽體，是搞好熱力除氧的必要條件。提高凝結水溶解氧和給水溶解氧的合格率，是熱力系統防腐的重要一環，但是，光靠熱力除氧并不能完全將凝結水，給水中氧除盡，還必須以化學除氧為輔助手段，世界上最成熟的方法是在給水、疑水 中加水合肼(聯氨)來達到目的。

2.4.3 作好水、汽系統的pH 調節及爐內水處理。作為金屬鐵和銅、在水、汽介質中都各有自己最穩定的pH 范圍，鐵是8.2～11.0，銅是8.0～10.5，因此，化學監督導則中，規定 了給水pH范圍是：(高溫高壓及以上鍋爐)8.8～9.3 或9.0～9.5，爐水的pH 值范圍是：(3.8～5.8MPa)9～11，(5.9～12.6MPa)9～10.5，其目的就是要使汽水介質的pH 保持在銅鐵的pH 穩定區間內而不受腐蝕。

2.4.4 是把好排污關。排污是排除爐內的懸浮水渣(堿式磷酸鈣、鎂)和沉渣的必要工作，值得注意的是連排和定排的功能各不相同，連排是排汽包爐水上層的懸浮水渣，定排是排鍋爐 下部的沉渣，不能互相替代，因連排不暢，定排不當或未認真進行鍋爐排污而產生結垢爆管的事例是不少的。　

做好以上幾點，給水的品質得到了保證，管內的腐蝕就會得到有效的控制，同時有效的減少了由于管內結垢造成的管壁超溫，延長了管件的使用壽命。

2.5 搞好鍋爐受熱面的吹灰工作，保持受熱面的清潔，防止由于受熱面積灰、結焦等引起的受熱面超溫。

2.6 制訂機組大修質量監督管理辦法，建立與健全三級質量監督網絡，嚴格執行廠部、車間、班組三級驗收制度，實行質量一票否決制，凡是不符合質量標準和工藝要求的項目一律不予驗收。必須返工在達到質量標準和工藝要求后才能通過驗收。

3 結束語

在火力發電安全生產過程中，鍋爐設備的安全運行起著決定性的作用。由于鍋爐"四管"泄漏和爆管事故必須停爐消缺，所以鍋爐"四管"安全運行與否是整個火力發電安全生產的重中之重。鍋爐"四管"檢查沒有捷徑可走，只有實實在在地投入大量的人力、物力和精力，采取應修必修、修必修好的態度，才能保證鍋爐"四管"設備的安全。鍋爐"四管"的安全，關鍵在于我們投入多少人力、花多少時間。只要切實做好"四管"檢查工作，鍋爐機組的安全穩定運行才能得到保證。