锅炉四管泄漏的原因分析

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，减少锅炉四管泄漏次数，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。引起锅炉四管泄漏的原因较多，其中磨损、腐蚀、过热、焊接质量差是导致四管泄漏的主要原因。

锅炉四管泄漏的原因分析

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。