高建強

（酒泉鋼鐵（集團）有限責任公司，甘肅 嘉峪關 735100）

1 概述

嘉峪關宏晟電熱公司承擔著酒鋼集團公司電力生產(chǎn)和動力產(chǎn)品的供應，是集團公司降低生產(chǎn)成本和穩(wěn)增長的主要單位。

為了降低發(fā)電成本、提高發(fā)電量，鍋爐基本處于長期滿負荷運行狀況，而鍋爐的“四管”長期處于高溫、還原性氣體氣氛、飛灰沖刷等惡劣環(huán)境中，“四管”泄漏造成機組被迫停運檢修的不安全事件頻頻發(fā)生，嚴重制約了鍋爐的長期安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行，成為完成降本增效的生產(chǎn)經(jīng)營目標的瓶頸問題。

防治鍋爐“四管”泄漏是一項艱巨的任務，通過對已發(fā)生過的鍋爐泄漏事件歸類、總結、分析，研究制定有效的預控措施，在鍋爐防磨防爆工作中予以實施，避免和減少鍋爐“四管”泄漏事件的發(fā)生是此次分析研究的主要目的。

2 近幾年鍋爐“四管”泄漏統(tǒng)計與分析

2.1 2011年7月17日#1鍋爐水冷壁管漏泄

泄漏點為#1鍋爐高爐煤氣火嘴處水冷壁焊口，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)泄漏點處存在焊接缺陷（Ф3.2 mm沙眼），分析認為焊口焊接質(zhì)量缺陷為此次鍋爐泄漏的主要原因。

2.2 2012年1月15日#1鍋爐省煤器泄漏

經(jīng)檢查確認為爐前低溫段省煤器中間彎頭區(qū)域護板邊緣部位的第3根省煤器管正下部漏泄（爐前向爐后數(shù)），漏泄部位為長3 mm,寬2 mm的一個橢圓形小孔。由于U型護板長期在高溫下產(chǎn)生彎曲變形，受煙氣的作用，省煤器出現(xiàn)晃動，護板與省煤器管壁產(chǎn)生接觸性摩擦致使省煤器管壁局部減薄產(chǎn)生漏泄。

2.3 2012年5月14日＃3鍋爐爐后水冷壁管座焊口漏泄

泄漏點位于爐后第三組水冷壁下聯(lián)箱第9根水冷壁管座焊口處漏泄（以甲側為基準），漏點甲側焊縫下邊緣（有一砂眼），對泄漏部位及其周圍管段檢查情況來看，未發(fā)現(xiàn)腐蝕、磨損減薄的現(xiàn)象。分析認為本次泄漏是由于在#3鍋爐水冷壁改造安裝過程中產(chǎn)生焊接質(zhì)量隱患所造成的。

2.4 2013年2月8日#2鍋爐高溫段省煤器泄漏

乙側高溫段省煤器固旋式吹灰器汽閥故障未關閉，運行未發(fā)現(xiàn)，長期對高溫段省煤器管束吹掃，造成省煤器管排泄漏。

2.5 2013年2月8日#3鍋爐水冷壁爆管

鍋爐并汽結束后，21:02汽包水位由25.85 mm開始持續(xù)下降，直至21:30汽包水位降至-230 mm，期間司爐對水位未按規(guī)程要求做及時調(diào)整，使汽包水位嚴重偏低，造成水循環(huán)被破壞減弱，導致水冷壁管短期過熱爆管。

2.6 2013年3月25日#4鍋爐過熱器泄漏

從爆管情況分析，主要原因?qū)儆诠懿娜渥儺a(chǎn)生細小裂紋后最終導致漏泄爆管。由于#4鍋爐2012年冬季長周期運行，且大量參燒劣質(zhì)煤，管排結焦，高溫段過熱器向火側管一直處于高溫高壓狀態(tài)，加快管排蠕變，最終產(chǎn)生縱向裂紋并產(chǎn)生漏泄。

2.7 2013年4月2日#6鍋爐過熱器泄漏

停爐后對過熱器泄漏區(qū)域檢查分析，#6爐在摻燒準東煤、廣匯煤期間，高溫段過熱器中上部出現(xiàn)較為嚴重的積灰堵塞現(xiàn)象，由于堵灰部位位于上層吹灰器的上部，管排間的結焦積灰逐漸發(fā)展形成煙氣走廊，煙氣流通區(qū)域的流速增加，磨損加劇，造成管排沖刷減薄泄漏。

2.8 2013年5月24日＃1鍋爐水冷壁漏泄

漏點位于#2角噴燃器看火孔處，泄漏部位是一處過渡結構，水冷壁管道間隙相差大，鰭片寬度不均存在膨脹應力，在運行過程中隨著負荷、溫度、壓力的變化，由于應力集中造成鰭片焊口裂開，造成水冷壁管漏泄。

2.9 2017年4月29日#4鍋爐屏過漏泄

檢查發(fā)現(xiàn)屏式過熱器從甲側數(shù)第五排的第十三根（爐前往爐后數(shù)）管子縱向爆口，對該管爆口附近管段進行晶相檢驗為3級（中度球化）。對該管對應的聯(lián)箱開孔檢查沒有發(fā)現(xiàn)異常，對泄漏點管段檢查發(fā)現(xiàn)該管內(nèi)壁存在制造溝痕和坑，該管長期過熱運行（該管自投運至今從未更換過）金屬球化發(fā)展，致使管材疲勞，造成管段缺陷部位開裂。

2.10 2017年7月1日#4鍋爐省煤器漏泄

經(jīng)過檢查確認漏泄點為#4爐#2角24 m省煤器底部2個彎頭存在漏泄。從漏泄位置判斷省煤器靠爐前側彎頭受煙氣沖刷先吹漏一個砂眼，泄漏出的爐水沖刷到另一個省煤器彎頭，造成漏泄。

2.11 2019年2月18日#1鍋爐省煤器放水管漏泄

#1鍋爐省煤器在鍋爐運行期間由于放水門關不嚴，長期運行沖刷造成閥門漏流量增大，大量高壓給水對放水管管壁沖刷減薄造成漏泄。

2.12 2021年1月21日#1鍋爐省煤器漏泄

從中間熱風道割開護板檢查，前甲側低溫段省煤器靠爐后第一排從上往下數(shù)第6根斜下方有1 mm左右的小孔，漏泄點周圍及附近管子無吹損減薄（原管壁厚4.0 mm，漏點1 cm周圍側壁厚在3.9 mm），漏點周圍及上下管排都沒有吹損及減薄現(xiàn)象。對割下的護板檢查發(fā)現(xiàn)有安裝時焊接的固定點處焊口焊透了護板，留下一砂眼，對照砂眼和省煤器漏點位置能夠?qū)?，因此分析認為安裝時留下的砂眼造成熱風漏至省煤器管子上，長期吹掃造成省煤器管子減薄發(fā)生泄漏。

3 鍋爐四管泄漏的原因歸類分析

針對本公司近年來12起鍋爐“四管”泄漏事件，按照受熱面失效機理歸類分析，大體有以下幾個方面的原因。

3.1 磨損

磨損主要有飛灰磨損、蒸汽吹損和機械磨損。飛灰磨損主要是高速煙氣攜帶大量飛灰對鍋爐受熱面撞擊磨損管子表面，燃用劣質(zhì)煤以及煙氣通流面積減少導致煙氣流速增大后磨損會加劇。蒸汽吹損主要是吹灰器汽閥漏汽、吹灰器退不到位、吹灰器旋轉角度調(diào)整不當吹損受熱面以及鍋爐受熱面泄漏后發(fā)現(xiàn)不及時吹損其他管子。機械磨損主要是管子與管子之間或者管子與其他部件由于晃動、膨脹相互貼在一起發(fā)生摩擦。

3.2 高溫蠕變、相變

蠕變是緩慢而連續(xù)發(fā)生的塑性變形，主要表現(xiàn)在金屬組織發(fā)生變化，強度和韌性降低。碳素鋼在300 ℃以上、合金鋼在400 ℃以上就開始發(fā)生蠕變；相變主要是受熱面管子承受的溫度超過了最大允許溫度要求，改變了鋼材內(nèi)部金相組織結構，變成了強度較低的金相組織構的鋼，承受不了管道內(nèi)部介質(zhì)的高溫高壓，導致爆管。受熱面短期超溫、長期過熱以及材質(zhì)老化均能引起金屬材質(zhì)發(fā)生蠕變和相變，進而引發(fā)受熱面爆管。

長期過熱產(chǎn)生爆管的特征是：爆口為粗糙的脆性斷口，爆口較小，呈鼓包狀，邊沿粗鈍，呈平整的鈍邊，整個爆口張開程度不大，具有典型的厚唇型特征。

短期超溫產(chǎn)生爆管的主要特征是：變形明顯，管徑明顯脹粗，管壁減薄，爆口呈喇叭狀，邊緣鋒利，破口表面光滑，爆口周圍沒有裂紋。

3.3 疲勞

對于受熱面管子來說，主要為機械疲勞和熱疲勞，在腐蝕環(huán)境中也會發(fā)生腐蝕疲勞。特征是裂紋沿圓周方向分布，裂紋呈現(xiàn)相互平行狀態(tài)。機械疲勞產(chǎn)生的原因是熱膨脹受阻、振動以及連接部位有相對位移，使管子承受交變應力產(chǎn)生疲勞裂紋。疲勞裂紋主要特征有：裂紋垂直于最大拉伸方向，都是脆性斷口，裂紋產(chǎn)生于表面應力集中處或者缺陷部位。

3.4 設計、制造安裝（檢修）、運行調(diào)整不當

結構設計不合理，主要表現(xiàn)在管屏的夾持管、密封板、固定筋板等設計不合理，限制了管道熱膨脹，受鍋爐啟停膨脹、收縮產(chǎn)生的應力拉裂管子；制造、安裝不當主要表現(xiàn)在用錯管材或者選材錯誤、管子存在制造缺陷、安裝焊接時管內(nèi)遺留焊渣等雜物、切管后未做防止異物掉入管道的封堵措施、異種鋼焊接用錯焊條、焊接存在咬邊等質(zhì)量問題、檢修時防磨防爆排查不仔細潛在隱患未消除；運行調(diào)整不當主要是未按要求進行操作和調(diào)整造成缺水、管壁以及大面積結焦等問題。

3.5 其他原因

高溫腐蝕主要有硫酸鹽腐蝕和硫化物腐蝕。硫酸鹽腐蝕主要是原煤堿金屬和硫分含量大，在高溫環(huán)境中產(chǎn)生硫酸鹽，在熔融狀態(tài)下粘附在管壁破壞管子表面氧化層，主要發(fā)生在爐膛水冷壁和過熱器、再熱器區(qū)域；硫化物腐蝕是管壁附近還原性氣氛強而且原煤硫分大產(chǎn)生H2S氣體與管壁發(fā)生硫化反應生成FeS進而氧化生成氧化鐵剝蝕管壁，硫化物腐蝕與原煤的硫分成正比關系且在高溫環(huán)境下會加劇腐蝕，主要發(fā)生在水冷壁燃燒器周圍及以上區(qū)域。

低溫腐蝕也叫酸腐蝕，主要是煙氣中的硫酸蒸汽凝結粘附在受熱面上造成酸腐蝕，主要發(fā)生在低溫段預熱器管子上。

4 鍋爐四管泄漏的預防措施

4.1 認真開展鍋爐承壓部件防磨防爆工作

成立鍋爐防磨防爆工作小組，小組成員要包括鍋爐、金屬、焊接專業(yè)人員。鍋爐防磨防爆工作要明確檢查范圍、檢查標準、責任人，責任人對檢查結果確認簽字，形成防磨防爆檢查記錄和整改驗收記錄。

鍋爐防磨防爆重點檢查部位及注意事項：

水冷壁區(qū)域要檢查燃燒器區(qū)域水冷壁腐蝕磨損情況，彎管區(qū)域鰭片焊接地方是否有拉裂；吹灰器區(qū)域要檢查吹損情況和吹灰器旋轉角度，吹灰器護套完整情況，吹灰器周邊彎管鰭片是否有裂紋；人孔、看火孔彎管區(qū)域磨損情況以及鰭片焊接、澆筑料盒子與水冷壁焊縫是否有咬邊和應力裂紋；各聯(lián)箱連接管子是否存在膨脹受阻情況。

省煤器區(qū)域主要檢查是否存在煙氣走廊、防磨瓦是否脫落或者變形、吊掛管和管卡是否有晃動和明顯摩擦部位、管排是否變形和錯位、是否有低溫腐蝕。

過熱器、再熱器區(qū)域主要檢查彎頭部位有無磨損、吹灰器區(qū)域有無吹損、是否有煙氣走廊及煙氣吹損、防磨瓦是否變形或者脫落、管夾部位是否有機械磨損、是否有錯排造成煙氣流向改變沖刷管子、各聯(lián)箱保溫是否完好、引出管和吊掛管與聯(lián)箱焊接是否疲勞裂紋、護板是否有變形、各部位是否有膨脹受阻。

4.2 嚴格執(zhí)行檢修工藝和驗收制度

檢修時要提前編制和審核檢修計劃、文件包、工藝卡，避免在檢修時出現(xiàn)漏項和檢修不徹底；對小管座要制定滾動排查計劃，利用滲透、超聲等手段進行全面排查和治理。

換管過程重點工藝要求：

在切割管道時要使用割鋸或砂輪機禁止用氣焊切割，切割后的管道要做好防護，避免雜物掉入管內(nèi)，一旦發(fā)生異物掉入不能隱瞞不匯報，要組織對下聯(lián)箱開孔檢查和保證取出掉入的異物。

對需要更換的管道和被換上的管道材質(zhì)要進行確認，避免用錯管材；將焊接管口兩側15～20 mm區(qū)域打磨除銹，打出金屬光澤。

對管要是用專用對口夾具將管道對好，對口間隙留2～3 mm，禁止強力對口，避免焊接后存在應力。

焊接時選用合格的焊條、確認焊條材質(zhì)，焊接高壓焊口及承壓部件時焊條要按照工藝標準進行烘干，并用專用保溫桶儲存，焊接時不能焊太透，焊接后要進行探傷檢查確保焊口質(zhì)量合格。

壁厚大于30 mm的碳鋼管道焊口、T91等材質(zhì)管道焊口嚴格按照工藝標準進行熱處理。

水冷壁鰭片必須內(nèi)外都滿焊，不能有咬邊現(xiàn)象；換管時割掉的背板、護板必須按照原設計恢復。

4.3 開展技術培訓，提高運行人員及技術人員業(yè)務水平

專業(yè)技術人員要利用網(wǎng)絡、書本學習本專業(yè)知識及相關專業(yè)知識，打破專業(yè)界限、開闊視野、拓寬思路，提高自身技術水平和管理能力。

專業(yè)技術人員認真開展規(guī)程標準的修訂工作，完善規(guī)程標準，精準指導崗位操作和調(diào)整，避免發(fā)生誤操作。

加大監(jiān)督力度，規(guī)范崗位參數(shù)調(diào)整和操作，同時對重大操作、異常處理進行指導，避免調(diào)整、操作不當造成鍋爐缺水、管壁超溫等參數(shù)不達標導致鍋爐運行工況異常惡化停爐事故。

加大鍋爐運行人員技能培訓工作，提高運行人員異常判斷和事故處理能力，避免因技能水平低下造成事故擴大。

4.4 規(guī)范原煤管理，做好多煤種摻燒工作

鍋爐燃用煤種嚴重偏離設計煤種，造成鍋爐燃燒工況發(fā)生變化，影響鍋爐穩(wěn)定運行。雖然煤種多種多樣，我們要根據(jù)鍋爐特性進行鍋爐摻燒試驗，組織合理的配煤方式，編制燃燒調(diào)整方案，指導崗位進行燃燒調(diào)整。

加強煤質(zhì)延伸管理，監(jiān)督上煤要嚴格按照制定的方案進行，杜絕上錯煤，摻燒比例超出方案要求而造成的鍋爐結焦、積灰以及腐蝕。在摻燒劣質(zhì)煤時要重點關注鍋爐參數(shù)變化情況，及時分析鍋爐運行工況以及改進調(diào)整手段或者終止摻燒，避免發(fā)生鍋爐爐況惡化被迫停爐事故。

5 結束語

鍋爐“四管”泄漏的防治是一項長期而又艱巨的任務，鍋爐專業(yè)技術人員和崗位人員要端正態(tài)度，以不滿足于現(xiàn)狀的精神，發(fā)揮團隊作用，分析對照曾經(jīng)發(fā)生過泄漏事故的原因，在其他鍋爐檢修時重點開展鍋爐防“四管”泄漏的治理工作。