【摘要】 简明阐述了锅炉水冷壁、过热器、再热器和省煤器爆漏原因，并从锅炉类型、设计、制造、安装、运行和检修等各方面分析查找原因，减少和防止锅炉“四管”爆漏。
【关键词】 四管；爆漏；防止；措施
锅炉水冷壁、过热器、再热器和省煤器（简称锅炉“四管”）爆漏约占全部锅炉设备事故的40％～60％，甚至70％。因此，减少锅炉“四管”爆漏次数，降低锅炉强迫停运时间，是提高锅炉运行可靠性和经济性的关键因素。引起锅炉“四管”爆漏的原因较多，其中磨损、腐蚀、过热、焊接质量差是导致四管爆漏的主要原因。减少锅炉“四管”爆漏要坚持“预防为主、质量第一”的方针，要从管理和技术两方面入手，加强检修、运行、金属、化学、热工、燃料和安全监察各个环节的质量意识。
（一）锅炉“四管”爆漏的原因分析
1．磨损
煤粉锅炉受热面飞灰磨损和机械磨损，是影响锅炉长期安全运行的主要原因。飞灰磨损的机理是携带有灰粒和未完全燃烧燃料颗料的高速烟气通过受热面时，粒子对受热面的每次撞击都会肃离掉极微量的金属，从而逐渐使受热面管壁变薄、烟速越高，灰粒对管壁的撞击力就越大；烟气携带的灰粒越多（飞灰浓度越大），撞击的次数就越多，其结果都将加速受热面的磨损。长时间受磨损而变薄的管壁，由于强度降低造成管子泄漏。受热面飞灰磨损泄漏、爆管有明显的宏观特征，管壁减薄，外表光滑。运行中发生严重泄漏时，可发现两侧烟温偏差，不及时停炉处理，往往会加大泄漏范围，并殃及其他受热面的安全。
造成严重飞灰磨损的原因是结构因素，设计、安装与检修的不足都可能导致磨损加剧。位于烟气走廊的省煤器、再热器的弯头，过热器下弯头及管卡附近的边排管和穿墙管部位是飞灰磨损较为严重的部位，特别在省煤器区，烟气温度已较低，灰粒变硬，磨损更为突出。喷燃器、吹灰器和三次风喷嘴附近水冷壁等处也是煤粉磨损较为严重的部位。在安装、运行和检修过程中，如果受热而管子未固定牢或管卡受热变形，管排就会发生振动并与管卡发生碰撞磨损，造成机械磨损而漏泄。
飞灰磨损速度取决于灰粒成份（主要是SiO2）、灰量、灰粒的动能及飞灰浓度。金属磨损量与烟气流速的三次方成正比。因此，尾部烟道中设计烟速的大小对飞灰磨损率有决定性的影响，要选取合理的烟速。同时应尽量减小速度分布不均匀，避免在省煤器边排管与炉墙之间、省煤器弯头与炉墙之间、再热器与两侧墙之间，存在一个烟气走廊。这个区域由于烟气流动阻力小，局部烟速可增大到平均烟速的两倍，甚至更大，造成这些和所管子磨损严重。
2．腐蚀
锅炉“四管”受热面的腐蚀主要是管外的腐蚀和水品质不合格引起的管内化学腐蚀。当腐蚀严重时，可导致腐蚀爆管事故发生。
水冷壁上如果产生结渣，在周围处于一定温度和还原性气体条件下，会产生较为严重的水冷壁管外腐蚀。水冷壁的高温腐蚀和还原性气体的存在有着密切的关系，CO浓度大的地方腐蚀就大。管壁温度对腐蚀的影响也很大，在300～500℃范围内，管壁外表面温度每升高50℃，腐蚀程度则增加一倍。水冷壁高温腐蚀部位多在热负荷较高、管壁温度较高的区域，如燃烧器附近。过热器、再热器区还原性气体比炉内低，腐蚀速度一般比水冷壁小。但是大容量锅炉的过热器、再热器的壁温较高，尤其是左右两侧烟温相差较大时，腐蚀现象也相当严重。在腐蚀温度范围内，除选用耐腐蚀的合金钢和奥氏体钢外，应控制炉膛出口烟温的升高和烟温偏差等因素，以免引起局部过高的壁温而使腐蚀速度增大。
正常运行情况下，锅炉并不会引起管内腐蚀与结垢。品质良好的给水中带有少量杂质，通过炉水处理成为水渣或胶状物质，溶解在水中通过排污排出。当给水品质不良时，炉水中的Fe、Cu、Ca、Mg、SiO2等杂质在蒸发受热面内被浓缩，并从锅水中游离出来附着在管内表面，形成水垢，水垢的传热系数只有钢管的1／200，影响传热，并使壁温上升，导致管壁过热鼓包或破裂。破口部分多呈刀刃状，破口附近由于汽水冲刷，几乎没有水垢。喷水减温水质不良，锅炉内分离装置损坏或其他原因和蒸汽品质恶化时，过热器、再热器管可能发生结垢爆管、管子胀粗。如某厂锅炉水冷壁发生爆漏，裂口50mm×75mm，割开附近未破的水冷壁管发现垢厚2mm，水垢成分为Fe2O346.6％、P2O526％、CaO5.2％、SiO24.8％。原因是给水含铁量超标，磷酸根含量过大。
锅炉受热面在停用时与不合格水或湿空气接触，受空气中O2、CO2和SO2的影响会产生管内化学腐蚀。在给水含氧超标时，使省煤器内壁产生点状氧腐蚀。
通常锅炉受热面内表面有一层几微米厚的磁性氧化膜（Fe3O4），这层薄膜可以阻止水与膜下的金属接触，使反应停止。如果运行中磁性氧化膜保持完好，或者局部损坏后能自行恢复，就不受腐蚀。当保护性氧化膜与水、空气接触时，Fe3O4转为Fe2O3，失去保护作用，这一反应在运行中和停用中都会发生。在pH值为9～11时腐蚀不大，当pH值小于5或用于13时，保护性氧化膜是可溶的。一般运行情况下，锅水平均pH值为9～11，然而，在锅炉沉积物下，锅水可能浓缩，在破坏保护膜以后，腐蚀也就不再被抑制。当锅水中有游离的NaOH时，在多孔性的沉积物下造成不规则的损坏，当管壁减薄到一定程度后穿孔，但管子韧性和金相结构都无改变，也无鼓包，即所谓垢下腐蚀。在以海水为循环水的凝汽器泄漏时，一方面在管内有盐类沉积，另一方面循环水中的MgCl、NaCl使锅炉pH值降低，在致密沉积物下面由于酸的存在加速了腐蚀。在腐蚀过程中引起局部氢分压的增大，氢将渗入钢中并与钢中碳化物发生反应而生成甲烷，并沿晶界发生裂纹。被脱碳的钢沿管壁厚度发生脆化，并导致爆管，即所谓氢脆。氢脆的物理特征是：有无数的细小裂纹，并在裂纹部位有部分或明显的脱碳现象，在氢脆的管子上通常有硬而脆的覆盖物。
3．过热
过热器和再热器是锅炉承压受热面中工质温度和金属温度最高的部件，而汽侧换热效果又相对较差，所以过热现象多出现在这两个受热面中。受热面过热后，管材金属温度超过允许使用的极限温度，发生内部组织变化，降低了许用应力，管子在内压力下产生塑性变形，使用寿命明显减少，最后导致超温爆破。因此，超温意味着降低安全系数或减少使用寿命，应严格控制蒸汽温度的上限。
如果存在炉膛高度设计偏低，火中心偏后、受热面偏大、受热面选材裕度不够或错用材料、不动力工况差、蒸汽质量流速偏低和受热面结构不合理等因素，都会造成受热面超温或存在较大的热偏差及局部超温；在制造、安装和检修中，如果出现管内异物堵塞而造成工质流动不畅、断路、短路等情况，会导致受热面的超温；运行中如果出现燃烧控制不当、火焰后移、炉膛出口烟温高或炉内热负荷偏差大，燃烧不完全引起烟道二次燃烧，减温水投停不当、管内结垢等情况，也会造成受热面过热。
4．焊接质量
锅炉本体是由焊接组装起来的，每个受热面的每一根管子都有多个焊口，一台大型锅炉整个受热面焊口数量多的达几万个。而受热面又是承受高温高压的设备，焊接缺陷主要有裂纹、未焊透、未熔合、咬边、夹渣、气孔等，这些缺陷存在于受热面金属基体中，使基体被割裂，产生应力集中现象。在介质内压作用下微裂纹的尖端、未焊透、未熔合、咬边、夹渣、气孔等缺陷处的高应力逐渐使基杆开裂并发展成宏观裂纹，最终贯穿受热面管壁导致爆漏事故。因此，焊接质量的好坏对锅炉安全经济运行有着重大的影响。焊接缺陷的产生原因很多，它与结构应力、坡口形式、母材、焊接材料、焊接参数、热处理工艺和焊工技术水平等有关。
（二）防止“四管”爆漏的管理和技术措施
为减少和防止锅炉“四管”爆漏，应坚持设备的全过程管理，在锅炉类型、设计、制造、安装、运行和检修等各方面加强质量控制。根据锅炉实际的煤质情况对锅炉进行选型，设计中应选择合理的烟速和受热面结构，避免结渣积灰、形成烟气走廊和水动力偏差较大等不合理工况，选择合适的炉膛热负荷和炉膛高度，这样可以使锅炉运行后磨损、过热和腐蚀情况较轻，为运行中避免锅炉“四管”爆漏创造良好的条件。在运行和检修过程中，要从管理和技术两方面抓好以下几项工作。
1．加强制度管理
为了使锅炉“四管”爆漏次数减少，应建立健全锅炉防磨防爆制度。加强对锅炉压力容器安全检察、金属监督、化学监督、热工监督管理方面的工作，把上级部门制定的一系列导则、规程、制度和管理办法，真正落实到设备管理的实处，有效地开展锅炉“四管”防磨防爆工作，使爆漏故障切实得以减少。
要固定锅炉防磨防爆检查人员，在锅炉大修、小修和临修中，负责对受热面磨损、管外腐蚀、胀粗和撕裂等情况做定期、有计划的检查。
化学监督体系应保证减少或减缓管子内部腐蚀、结垢造成的爆漏。严格贯彻执行电力部《电站锅炉水、汽监督规程》，着重保证进入锅炉的给水品质及锅炉运行中汽、水蒸汽品质合格；防止凝汽器铜管腐蚀泄漏，在发生泄漏时应及时查漏、堵漏；水冷壁结垢量超标时，要及时进行锅炉酸洗；对停备用的锅炉设备采取适当的防腐保护等。
金属监督体系在材料、焊口检验等方面开展防磨防爆工作，保证检修过程中不发生错用钢材等问题，对产生胀粗、变形和有可能发生组织变化的管材做出鉴定和处理意见，对爆管管材进行金相检验，掌握锅炉“四管”金属长期运行中的性能规律，发现和消除金属事故的隐患。热工监督体系应定期校验金属，监督相关的热工表计和保护装置，给运行人员提供可靠的监测数据，同时对检修焊口做好无损探伤检验，把好焊接质量控制关。
对锅炉在设计上和运行中存在的技术问题，要组织专门的技术人员攻关来解决，必要时应协同有关的单位开展相应的试验研究工作，充分发挥科技人员的积极性，解决生产中的技术难题。
2．加强运行管理
加强运行人员的培训考核，做到无证不准上岗，100MW及以上机组的机组操作员，须经模拟机培训并考试合格方可上岗。严格按运行规程的规定操作，认真执行有关安全规程和制度。锅炉启动和停运过程中，应严格按启停曲线进行操作，控制锅炉参数和受热面管壁温度在允许范围内，并严密监视及时调整，防止锅炉各参数大起大落或严重超限，同时注意汽包、各联箱和水冷壁膨胀是否正常。运行中应严密监视锅炉蒸汽参数、蒸发量及水位，防止超温超压、满水或缺水事故的发生，确保锅炉正常运行。
燃料部门要确保燃煤质量，尽可能符合锅炉设计煤种，为稳定燃烧提供物质基础。运行人员应了解近锅炉煤质情况，及时做好锅炉燃烧调整，保证较佳的过量空气系数和减少漏风，以防管子磨损；合理配风和防止炉内气流偏斜，注意控制煤粉细度，避免在水冷壁附近形成还原性气体和结渣，造成水冷壁管外腐蚀；控制过量空气系数的升高和炉膛出口烟温的长高，降低炉膛出口扭转残余和烟温偏差，减少热偏差，严格控制过热器和再热器的壁温，以避免过热和再热器的管外腐蚀；防止炉内火焰偏斜、水冷壁结渣、炉膛出口温度偏高、过热器和再热器的积灰，以避免过热器和再热器金属发生过热。
加强吹灰器管理，锅炉结渣时，应及时进行吹灰和清除，防止受热面的结灰结渣，特别要防止形成大渣掉落砸坏冷灰斗水冷壁管。要注意防止吹灰器漏水、漏汽和吹坏受热面管子。
运行人员应认真监盘和巡回检查，及时发现受热面的爆漏，并及时采取相关措施，查明爆漏部位，对于可能危及人身安全或将造成其他设备、容器、管道严重损坏的爆漏事故，应实行紧急停护。受热面爆漏发生后，为防止事故扩大，冲刷损坏其他管子造成处理难度增大和留下隐患，应及早停炉处理。锅炉灭火保护装置要投入，当锅炉发生灭火时，严禁用爆燃法恢复燃烧，以免造成炉壁撕裂。
做好锅炉“四管”爆漏事故分析工作，对锅炉“四管”爆漏事故要如实反映爆漏前的运行工况及发生事故时的处置，以便吸取教训，采取相应的改进措施。
3．加强检修管理
检修要始终把质量放在第一位，应贯彻执行《发电厂检修规程》、《发电厂金属监督规程》、《锅炉压力容器监察规程》、《锅炉检验规程》等规程，并加强受热面检查、处理、更新和改进，把防止锅炉承压部件爆破泄漏的各项措施落实到设计、制造、安装、检修和运行工作中，要把责任落实到人，并做好技术档案管理工作。
加强锅炉防磨防爆专业组的工作，防磨防爆检查人员要在定期检验中全面发现设备存在的问题并及时处理，积累掌握磨损规律和煤质变化的影响，及时采取防磨措施，积极而慎重地采用新材料、新技术，如各种耐高温钢材、耐磨铸件、耐磨涂料、耐磨陶瓷等，采新的防磨技术、焊接检验技术和吹灰技术。在检验中应检查并处理膨胀和机械因素可能引起承压部件爆漏的缺陷。对导汽管、下降管等炉外管道、弯头联箱堵头要加强定期检查，发现缺陷（表面裂纹、冲刷减薄或材质问题），应及进更换、对汽包和集中下降管焊口、联箱要定期检验，对主蒸汽管道、再热蒸汽管道，要坚持对弯头、阀门、三通以及管道焊缝和支吊架的定期检查，发现异常要及时处理，对管壁厚度不足的要安排尽快更换；对运行超支（20万h的高压高温主蒸汽管道，在计划检修中要做全面细致的检查（如复膜金相测硬度，测厚度等），发现问题及时处理，并要根据情况及早做好更换管道的准备工作；对中压蒸汽管道要定期进行石墨化检验，发现问题，及早处理；对直流炉蒸发段、高温段过热器、再热器出口导汽管应完善管壁温度测点，以便监视各导汽管间的温度偏差，防止超温爆管。
发生受热面爆漏后，在抢修和临修中一般不得对爆漏部位采用补焊手段处理，必须更换爆漏管段，并注意检查周围受热面状况。在必须采取堵管处理时，需经负责人同意，并在下次检修中予以恢复。受热面管子在检修中更换后，应对检修焊口进行100％无损探伤检验，并做额定压力水压试验；应定期进行割管检查，对高温过热器、再热器管子做金相检验，对炉膛热负荷最高区域锅炉受热面管子，在检查和核算后如不能满足有关标准，应予更换。
加强焊工管理及焊接工艺质量的检验评定。为减少焊缝泄漏事故，适应大机组钢种多而杂，焊接要求高的现状，要加强焊工的培训和考核工作。对锅炉压力容器焊接的焊工，应经考试合格持证施焊，实际施焊位置、管种、尺寸应和合格证所规定准许施焊项目相一致；加强金属监督，防止错用钢材及焊接材料；要特别注意合金钢、异种钢的焊接，注重焊接准备、焊接、热处理、焊后检验各个环节；坚持焊接责任制和焊接部位、管径与合格证合格项目一致的制度；积极采用新的焊接工艺和技术。对进口锅炉和国产锅炉在安装前要按规定和要求，进行安全性能检验，特别是对有关焊口要全面进行检验。
检修中经常会遇到质量与工期的矛盾问题，有时为了赶进度，往往忽视了焊接和检验等环节的质量控制，造成机组启动后的频繁泄漏。应根据工作量、工作性质的情况，在开工前做好各项准备，避免在后期赶工时疲劳作战，在工期与质量发生矛盾时，应以质量为重，这样才能保证锅炉设备长期可靠运行。
文章来源：《第四届热电联产节能降耗新技术研讨会论文集》
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