600MW超临界电站锅炉水冷壁管泄漏原因分析

600MW超临界电站锅炉水冷壁管泄漏原因分析

张海峰

（陕西省咸阳市大唐彬长发电有限责任公司陕西省咸阳市713602）

摘要：通过观察和化学成分分析维氏硬度检测等方式，对出现在锅炉水冷壁弯头位置的泄露事故出现的原因进行了具体的分析。通过大量的实验发现，泄露出现的主要原因就是在使用的过程中折焰角的位置受到的压力超过了本身所能承受的范围，并对此做出了详细的解决方式以及如何避免这种事故出现的防范措施。

关键词：电站锅炉；水冷壁管；泄漏成因；解决办法

据国内相关统计，炉内四小管（过热器管、再热器管、水冷壁管、省煤器管）的失效事故占锅炉事故的2/3左右，其中水冷壁泄漏引发的事故占据较大比重。水冷壁的作用是将炉膛火焰的热量传递给水冷壁管内流动的水或蒸汽，使水变成水蒸气并使水蒸气的参数进一步提高，以达到所需要的介质状态。水冷壁管失效事故的发生不仅使设备检修工作量和检修费用大大增加，而且严重影响了锅炉机组的长期安全稳定运行，甚至使设备严重损坏并造成人员伤亡事故。基于此，本文针对某电厂600MW超临界电站锅炉泄漏的水冷壁管并从宏观检查、金相组织、裂纹断面形貌、裂纹形成原因等方面对泄漏原因进行分析。

1裂纹形成原因

裂纹主要的分布方式为横向，管壁受到的热量正常、没有出现异常增大或者减薄的现象，在管内壁也没有出现明显的水垢和腐蚀等现象，在经过金相检测之后也没有出现异常情况，综合以上研究可以判定造成裂纹出现的主要原因是金属局部受到长期使用的影响出现了严重的热疲劳损坏，这种现象出现的原因为：（1）在这个位置受到了火焰的直接作用，是炉膛内温度最高的位置，水冷壁管会向这个位置提供很多的汽水混合物，和其他位置比起来，在这个位置会受到很大的温度悬殊的影响，并且出现的温度梯度也是最大的地方，这样就会出现较大热应力。（2）这个位置属于强换热区，水冷壁管会形成很快的汽化现象，内壁会出现数量较多的汽泡，汽泡和水之间相互作用，就会对导热系数造成严重的影响，造成管壁温度不断地升高，炉壁的气温提升速度以及降低的速度也会出现明显的变化，这样管壁温度就会出现不稳定的情况，管壁的温度也会出现较为明显的变化，管壁所受到的热量也会出现很大的差异，这些因素的共同作用就会导致水冷壁管子出现明显的裂纹。（3）该炉在使用的过程中经常会出现起停，这样就会出现很大的交变热应力。上管壁由于受到温度变化的影响就会产生很大的膨胀或收缩力，并在此过程中产生出现热应力，热应力会受到温度变化的影响而出现变化，这就是造成管壁热疲劳出现的主要原因。

2水冷壁出现泄漏的原因

水冷壁出现泄漏的主要原因就是在弯头的位置有些地方受到的压力超过了其自身的承受能力，除此之外还受到椭圆度超标的影响，从而在成了弯曲力量超过自身的承受能力，这两种因素的共同作用导致的结果就是综合应力超过了管子自身的承受能力，就会出现一条较长的裂纹，从而导致泄露事故的发生。在出现裂缝之后水汽就会对附近的管子形成很大的拉力，进而将管子吹爆，这就是穿孔出现的原因。水汽会不间断的从裂纹和穿孔位置形成一个冲力，从而就会把出现在其附近的氧化皮冲掉，受到这一因素的影响氧化皮的连续性就会出现中断，而且还会在此过程中会对水冷壁产生十分明显的上冲刷减薄现象。在使用的过程中水冷壁管内壁会受到严重的腐蚀，而这种腐蚀是一种碱腐蚀，而且在此过程中还有着很长时间的热量过大的现象。

锅炉在使用的过程中给水存在着不合格的现象，等到炉水温度不断上升的时候，水中的含盐量也会不断的提升，等到水中的含盐量比溶解的速度快时就会在炉底形成一层很厚的水垢，这样就会导致在受热的地方出现一层厚厚的结垢，在这个过程中受热面水垢的地方炉水会不断进行浓缩，最终造成了在结垢的位置出现了垢下碱腐蚀现象，这就是导致炉内壁出现严重凹坑现象的主要原因，管壁的厚度也会出现下降，严重影响了管子的强度。除此之外，水垢和腐蚀也会造成炉内的导热效果降低，这样就会导致炉壁受热情况出现差异，管内水流不能对这些热量起到降温效果，最后的结果就是水冷壁管受到长时间的过热影响。

3解决和预防方式

（1）对出现穿孔、裂纹等的管子及时进行更换。（2）每次检修对该区域管子进行一次全面的检查，如果出现异常情况需要及时进行更换。（3）经常对折焰角进行检查，做好监督和管理工作，尤其是加强对这个位置的应力情况的监督、管理工作。

在进行组装的时候需要做好检验工作，需要对原始管件进行严格的管控，尤其是在组装的过程中需要对原始缺陷管段进行相应的处理，对可能会出现安全隐患的位置需要采取相应的解决措施，防止泄漏事故的出现。

吹灰器存在故障，将湿冷蒸汽吹向邻近的水冷壁管，使水冷壁管表面温度出现剧烈变化，进而形成表面横向裂纹。同时吹灰器附近的水冷壁管子的结构差异形成的应力使得裂纹进一步发展，最终导致水冷壁管泄漏。基于此，建议对吹灰器及其周围管子进行全面检查，消除吹灰器故障，并对受损管段进行更换处理。

3.1改造汽源并加装吹灰器故障在线监测装置

改造吹灰汽源并在吹灰器鹅颈阀后加装温度测点，建立吹灰蒸汽温度信号传输通道，开发出吹灰器汽源在线检测系统，实现对每台吹灰器进汽状态的在线监视，并将检测判断结果在锅炉DCS画面上显示。该监测装置能够减少锅炉受热面吹损及爆管，提高机组运行安全性；能够延长受热面及吹灰器寿命，节约吹灰汽源，提高机组运行经济性；能够减少吹灰器阀门磨损、泄漏，减轻维护人员劳动强度；能够实现吹灰器内漏和卡涩的在线监测，实现无人巡检，保证机组运行的安全性、经济性，提高吹灰器运行管理水平。

3.2加装锅炉吹灰优化监测装置

根据机组锅炉的运行状况，以能量守恒定律、传热学和工程热力学原理为基础，建立锅炉整体及局部软测量模型以及统计回归、模糊逻辑数学、人工神经网络等分析运算体系，利用数据库中工质侧参数、省煤器后烟气侧参数和空气预热器进出口温度烟差或进出口压差，按照飞灰可燃物及排烟氧量软测量模型，首先进行锅炉各项热损失和热效率的计算，继而从省煤器出口开始，逆烟气的流程逐段计算各受热面的污染率，建立起对流受热面污染模型、炉膛污染模型和空气预热器污染数学模型，实现对锅炉“四管”及空气预热器平均污染程度的实时监测，并综合考虑吹灰对效率、蒸汽损失、金属管壁寿命等的影响，兼顾吹灰操作的方便、可行性，提出机组整体吹灰优化策略，指导运行人员进行吹灰操作。系统同时计算并显示炉膛出口及各个受热面的进、出口烟气平均温度，实现对各受热面进、出口烟气温度的在线监测。

3.4加装炉管泄漏监测系统

锅炉炉管泄漏在线监测系统通过声波传感器采集炉内声音信号，经计算机对信号进行快速傅里叶变换（FFT）和频谱分析，辨别背景信号和泄漏信号，一旦捕捉泄漏信号将延时跟踪分析，信号达到阈值后将发出报警。此外，该装置还能有效地监测吹灰器的运行工况。锅炉炉管泄漏在线监测系统是采用声波测量和信号处理技术，实现对锅炉“四管”（水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管）泄漏的早期报警。

4结束语

在锅炉设备投入使用过程中，技术人员必须要对其安装质量进行全面分析，尽量避免锅炉设备因安装质量方面的问题而导致其出现爆漏现象。安装质量问题是因其锅炉爆管的常见问题，必须要得到相关部门工作人员的高度重视，并且需要按照专业技术人员对其进行严格安装与控制，从而保证锅炉设备的安装质量，避免出现爆管现象，提高锅炉设备的运行效率与人们的生活水平。

参考文献：

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[3]范旭宸，陈晔，郑雄，etal.600MW超临界循环流化床锅炉水冷壁热应力分析[J].动力工程学报，2018，38（4）：253-257.