鍋爐四管泄漏的原因分析

鍋爐水冷壁、過熱器、再熱器和省煤器（簡稱鍋爐“四管”）爆漏約占全部鍋爐設備事故的40％～60％，甚至70％。因此，減少鍋爐四管泄漏次數，降低鍋爐強迫停運時間，是提高鍋爐運行可靠性和經濟性的關鍵因素。引起鍋爐四管泄漏的原因較多，其中磨損、腐蝕、過熱、焊接質量差是導致四管泄漏的主要原因。

鍋爐四管泄漏的原因分析

1．磨損

煤粉鍋爐受熱面飛灰磨損和機械磨損，是影響鍋爐長期安全運行的主要原因。飛灰磨損的機理是攜帶有灰粒和未完全燃燒燃料顆料的高速煙氣通過受熱面時，粒子對受熱面的每次撞擊都會肅離掉極微量的金屬，從而逐漸使受熱面管壁變薄、煙速越高，灰粒對管壁的撞擊力就越大；煙氣攜帶的灰粒越多（飛灰濃度越大），撞擊的次數就越多，其結果都將加速受熱面的磨損。長時間受磨損而變薄的管壁，由于強度降低造成管子泄漏。受熱面飛灰磨損泄漏、爆管有明顯的宏觀特征，管壁減薄，外表光滑。運行中發生嚴重泄漏時，可發現兩側煙溫偏差，不及時停爐處理，往往會加大泄漏范圍，并殃及其他受熱面的安全。

造成嚴重飛灰磨損的原因是結構因素，設計、安裝與檢修的不足都可能導致磨損加劇。位于煙氣走廊的省煤器、再熱器的彎頭，過熱器下彎頭及管卡附近的邊排管和穿墻管部位是飛灰磨損較為嚴重的部位，特別在省煤器區，煙氣溫度已較低，灰粒變硬，磨損更為突出。噴燃器、吹灰器和三次風噴嘴附近水冷壁等處也是煤粉磨損較為嚴重的部位。在安裝、運行和檢修過程中，如果受熱而管子未固定牢或管卡受熱變形，管排就會發生振動并與管卡發生碰撞磨損，造成機械磨損而漏泄。

飛灰磨損速度取決于灰粒成份（主要是SiO2）、灰量、灰粒的動能及飛灰濃度。金屬磨損量與煙氣流速的三次方成正比。因此，尾部煙道中設計煙速的大小對飛灰磨損率有決定性的影響，要選取合理的煙速。同時應盡量減小速度分布不均勻，避免在省煤器邊排管與爐墻之間、省煤器彎頭與爐墻之間、再熱器與兩側墻之間，存在一個煙氣走廊。這個區域由于煙氣流動阻力小，局部煙速可增大到平均煙速的兩倍，甚至更大，造成這些和所管子磨損嚴重。

2．腐蝕

鍋爐“四管”受熱面的腐蝕主要是管外的腐蝕和水品質不合格引起的管內化學腐蝕。當腐蝕嚴重時，可導致腐蝕爆管事故發生。水冷壁上如果產生結渣，在周圍處于一定溫度和還原性氣體條件下，會產生較為嚴重的水冷壁管外腐蝕。水冷壁的高溫腐蝕和還原性氣體的存在有著密切的關系，CO濃度大的地方腐蝕就大。管壁溫度對腐蝕的影響也很大，在300～500℃范圍內，管壁外表面溫度每升高50℃，腐蝕程度則增加一倍。水冷壁高溫腐蝕部位多在熱負荷較高、管壁溫度較高的區域，如燃燒器附近。過熱器、再熱器區還原性氣體比爐內低，腐蝕速度一般比水冷壁小。但是大容量鍋爐的過熱器、再熱器的壁溫較高，尤其是左右兩側煙溫相差較大時，腐蝕現象也相當嚴重。在腐蝕溫度范圍內，除選用耐腐蝕的合金鋼和奧氏體鋼外，應控制爐膛出口煙溫的升高和煙溫偏差等因素，以免引起局部過高的壁溫而使腐蝕速度增大。

正常運行情況下，鍋爐并不會引起管內腐蝕與結垢。品質良好的給水中帶有少量雜質，通過爐水處理成為水渣或膠狀物質，溶解在水中通過排污排出。當給水品質不良時，爐水中的Fe、Cu、Ca、Mg、SiO2等雜質在蒸發受熱面內被濃縮，并從鍋水中游離出來附著在管內表面，形成水垢，水垢的傳熱系數只有鋼管的1／200，影響傳熱，并使壁溫上升，導致管壁過熱鼓包或破裂。破口部分多呈刀刃狀，破口附近由于汽水沖刷，幾乎沒有水垢。噴水減溫水質不良，鍋爐內分離裝置損壞或其他原因和蒸汽品質惡化時，過熱器、再熱器管可能發生結垢爆管、管子脹粗。如某廠鍋爐水冷壁發生爆漏，裂口50mm×75mm，割開附近未破的水冷壁管發現垢厚2mm，水垢成分為Fe2O346.6％、P2O526％、CaO5.2％、SiO24.8％。原因是給水含鐵量超標，磷酸根含量過大。

鍋爐受熱面在停用時與不合格水或濕空氣接觸，受空氣中O2、CO2和SO2的影響會產生管內化學腐蝕。在給水含氧超標時，使省煤器內壁產生點狀氧腐蝕。

通常鍋爐受熱面內表面有一層幾微米厚的磁性氧化膜（Fe3O4），這層薄膜可以阻止水與膜下的金屬接觸，使反應停止。如果運行中磁性氧化膜保持完好，或者局部損壞后能自行恢復，就不受腐蝕。當保護性氧化膜與水、空氣接觸時，Fe3O4轉為Fe2O3，失去保護作用，這一反應在運行中和停用中都會發生。在pH值為9～11時腐蝕不大，當pH值小于5或用于13時，保護性氧化膜是可溶的。一般運行情況下，鍋水平均pH值為9～11，然而，在鍋爐沉積物下，鍋水可能濃縮，在破壞保護膜以后，腐蝕也就不再被抑制。當鍋水中有游離的NaOH時，在多孔性的沉積物下造成不規則的損壞，當管壁減薄到一定程度后穿孔，但管子韌性和金相結構都無改變，也無鼓包，即所謂垢下腐蝕。在以海水為循環水的凝汽器泄漏時，一方面在管內有鹽類沉積，另一方面循環水中的MgCl、NaCl使鍋爐pH值降低，在致密沉積物下面由于酸的存在加速了腐蝕。在腐蝕過程中引起局部氫分壓的增大，氫將滲入鋼中并與鋼中碳化物發生反應而生成甲烷，并沿晶界發生裂紋。被脫碳的鋼沿管壁厚度發生脆化，并導致爆管，即所謂氫脆。氫脆的物理特征是：有無數的細小裂紋，并在裂紋部位有部分或明顯的脫碳現象，在氫脆的管子上通常有硬而脆的覆蓋物。

3．過熱

過熱器和再熱器是鍋爐承壓受熱面中工質溫度和金屬溫度最高的部件，而汽側換熱效果又相對較差，所以過熱現象多出現在這兩個受熱面中。受熱面過熱后，管材金屬溫度超過允許使用的極限溫度，發生內部組織變化，降低了許用應力，管子在內壓力下產生塑性變形，使用壽命明顯減少，最后導致超溫爆破。因此，超溫意味著降低安全系數或減少使用壽命，應嚴格控制蒸汽溫度的上限。

如果存在爐膛高度設計偏低，火中心偏后、受熱面偏大、受熱面選材裕度不夠或錯用材料、不動力工況差、蒸汽質量流速偏低和受熱面結構不合理等因素，都會造成受熱面超溫或存在較大的熱偏差及局部超溫；在制造、安裝和檢修中，如果出現管內異物堵塞而造成工質流動不暢、斷路、短路等情況，會導致受熱面的超溫；運行中如果出現燃燒控制不當、火焰后移、爐膛出口煙溫高或爐內熱負荷偏差大，燃燒不完全引起煙道二次燃燒，減溫水投停不當、管內結垢等情況，也會造成受熱面過熱。

4．焊接質量

鍋爐本體是由焊接組裝起來的，每個受熱面的每一根管子都有多個焊口，一臺大型鍋爐整個受熱面焊口數量多的達幾萬個。而受熱面又是承受高溫高壓的設備，焊接缺陷主要有裂紋、未焊透、未熔合、咬邊、夾渣、氣孔等，這些缺陷存在于受熱面金屬基體中，使基體被割裂，產生應力集中現象。在介質內壓作用下微裂紋的尖端、未焊透、未熔合、咬邊、夾渣、氣孔等缺陷處的高應力逐漸使基桿開裂并發展成宏觀裂紋，最終貫穿受熱面管壁導致爆漏事故。因此，焊接質量的好壞對鍋爐安全經濟運行有著重大的影響。焊接缺陷的產生原因很多，它與結構應力、坡口形式、母材、焊接材料、焊接參數、熱處理工藝和焊工技術水平等有關。