锅炉四管泄漏产生的原因分析和防范措施

1、原因分析

“四管”是指锅炉本体范围内的承压管件中的省煤器管、水冷壁管、过热器管和再热器管。“四管泄漏”是指以上四种锅炉本体承压管件由于过热、腐蚀、磨损等原因引起的泄漏、破裂或者爆管等。造成四管泄漏、爆管的原因主要有以下几个方面：

① 运行中的磨损。

② 高温腐蚀。

③ 由给水品质等引起的管内腐蚀。

④ 长期的超温运行。

⑤ 运行环境的影响。

⑥ 检修、安装质量的影响

1.1 磨损是锅炉"四管"泄漏的主要原因之一

磨损泄漏爆管主要发生在省煤器、低温过热器、低温再热器等烟温较低的尾部受热器上及喷燃器火嘴附近的水冷壁弯管。省煤器是很密集的管排，烟气在其中有较高的流速。如果炉烟中含有较多的灰粒，或在启动锅炉的过程中由于燃烧不完全而使大量煤粉随炉烟跑向尾部，都会加剧省煤器的磨损速度。低温过热器、低温再热器的磨损一般发生在局部位置，对Π 型布置的锅炉来说，靠炉坡墙的管子、管子的穿墙部位、管子弯头、管子与梳形卡的接触部位等处都可能存在磨损现象。

1.1.1 磨损的机理：煤粉炉的烟气带有大量飞灰粒子，这些飞灰粒子都有一定的动能，当烟气冲刷受热面时，飞灰粒子就不断的冲刷管壁，每次都从管子上削去极其微小的金属屑，久而久之，就会使管壁变薄，这就是磨损。

1.1.2影响受热面磨损的因素很多，主要有以下几个方面：

①飞灰速度 磨损量和飞灰速度的三次方成正比，烟气流速每增加一倍，磨损量要增加7倍。

② 飞灰浓度 飞灰浓度增大，飞灰冲击次数增多，使磨损加剧。

③ 灰粒特性 灰粒越粗，越硬，磨损越严重。飞灰中含碳量增加，也会使磨损加剧，因为灰中焦碳的硬度比灰粒要高。

④ 飞灰撞击率 飞灰颗粒大、比重大、烟气流速快、烟气粘度小，则飞灰的撞击机会就多，磨损就严重。

1.2 受热面高温氧化腐蚀也是引起四管泄漏的一个重要原因

过热蒸汽器、再热蒸汽器在高温、应力、腐蚀介质下长期工作，管子外壁受高温烟气的冲刷腐蚀，产生高温烟气氧化腐蚀；管子内部受流动过热蒸汽温度和压力的作用，产生高温蒸汽氧化腐蚀，这样，在内外腐蚀作用下，受热面管材过热、变薄、老化，直至失效爆管。

烟气侧的高温腐蚀是一个复杂的物理化学过程，高温腐蚀主要是硫酸盐型高温腐蚀。锅炉在运行中，管壁中的铁与氧反应生成一层很薄的氧化铁，该氧化铁对管壁具有保护作用，但是，如果在过热蒸汽器、再热蒸汽器烟气侧产生硫酸盐型高温腐蚀，就会破坏这层稳定的氧化铁保护层，管壁会因腐蚀而变薄，造成受热面失效。硫酸盐型腐蚀多发生在550～710 ℃的温度下，其中在650～700 ℃的温度下腐蚀最强烈，其化学反应为：

4Fe+3O2====2（Fe2O3）（碱金属氧化物），

M2O+SO3====M2SO4 （碱金属硫酸盐熔点较低）

3 M2SO4+ Fe2O3+3SO3====2M3Fe(SO4)3（复合硫酸盐熔点很低）

蒸汽侧高温氧化腐蚀的化学反应过程为：

Fe+4H2O==== Fe3O4+4H2 (1)

Fe3O4+ Fe====4FeO (2)

3FeO+ H2O==== Fe3O4+H2 (3)

高温过热蒸汽发生在上述式（1）～（3）的循环氧化过程中。随着管子氧化腐蚀层的加厚，明显影响管壁的传热性能，降低管子的热效率，同时使管壁温度升高，进一步加速氧化腐蚀，引起管材过热及过早老化，强度降低，直到管壁不能承受管内压力时，即发生爆管。另外，由于氧化层与母材的膨胀系数不同，且脆性大，在锅炉起停频繁时，易使氧化层脱落并沉积在管内下部，增加流动阻力，破坏正常的热循环而引起管壁温度升高，加速组织的球化过程，使基体中的合金元素贫化，造成管材的耐热性能和热强性能降低而产生爆管。高温受热面工作温度均在钢材的蠕变温度范围内。超温过热造成失效以蠕变爆管为主，这种形式的爆管在直管段、弯管段均有，以弯管段居多；高温氧化腐蚀导致管壁减薄而失效（在这种失效中也伴随着管壁超温，加剧组织老化）多发生在过热蒸汽器、再热蒸汽器出口管段。

1.3 锅炉给水中含有杂质使受热面结垢引发爆管泄漏

因为水中含有能结垢的物质-钙、镁盐类。产生了一系列的物理、化学变化。某些钙、镁盐类受热生成难溶的沉淀物；水温升高后，某些具有负溶解度的盐溶解度下降达到一定程度-过饱和状态后能从水中直接析出；水不断蒸发、浓缩，含盐浓度增大，超过饱和浓度后，也将沉淀析出。所析出的沉淀物可能有两种形式：一种是牢固地粘结在受热面内壁上，形成质地密实的沉积物-水垢；一种是悬浮在水中的松散沉淀物-水渣。某些水渣极容易粘附在水流缓慢或停滞的管子内壁上，经高温烘焙后，常转变成水垢。由于水垢的导热系数比钢材小几十到几百倍。所以管壁结垢会严重地阻碍传热。使受热面金属壁温升高而过热，以至烧坏爆管。

1.4 长期超温运行也是锅炉"四管"泄漏的重要原因

锅炉受热面长期在高温中运行，会使金属的金相组织发生有规律的变化，显微组织经历一个动态变化过程，主要表现为碳化物的变化。长期在高温形态下工作，碳化物形态从未球化到球化，最后形成蠕变孔洞和蠕变孔洞链，出现明显蠕变损伤特征。同时，由于在实际运行过程中，由于调整不当或者煤种变化等原因，使受热面经常在高于允许温度的范围内工作， 随着受热面的温度超过设计使用温度，钢的基体组织球化和蠕变速度加快，组织严重老化，致使蠕变极限下降，从而产生了蠕变孔洞，随着运行时间的增加，蠕变孔洞也增加这些蠕变孔洞逐渐扩大并连接成串，形成微裂纹，然后又形成较大的裂纹，直至过热爆管。

1.5 管子制造、安装、检修焊缝的质量是锅炉"四管"爆漏的又一大原因

安装、检修焊接质量问题造成焊接部位产生应力集中和接头机械性能下降等，如焊口的咬边、满溢、焊瘤、内凹（塌腰）、未焊透、夹渣、气孔、裂缝（包括热裂缝、冷裂缝和再热裂纹等），致使焊口处成为薄弱部位而造成爆管。异种钢焊接部位也是易造成爆管的部位，会在焊接接头处因热胀差发生环向的破裂。水冷壁管的泄漏部位主要就发生在焊口位置。

停炉检修中更换水冷壁管，一般对管子的焊口比较重视。但对鳍片管的焊接质量容易忽视，认为鳍片单面焊接就可以。更换水冷壁管后，对鳍片仅进行单面焊接，在锅炉运行后，由于水冷壁管与鳍片的膨胀系数不一样，容易造成水冷壁拉裂。可见，检修质量的不过关，主要是焊接质量的不过硬，都给管子的泄漏留下了隐患。

1.6 运行环境的影响也促使锅炉"四管"易泄漏

1.6.1 机组的频繁启停、负荷率低，造成机组炉管和焊口金属疲劳，增加锅炉的爆漏几率。

1.6.2 火焰中心调整不恰当。一、三次风冲刷水冷壁管炉墙，管子减薄而发生爆管泄漏；火焰中心偏低，造成炉底温度高，一方面容易过热，另一方面也易产生炉底漏渣，从炉内漏出的高温炉渣包覆在底部水冷壁管与定排管上，使水冷壁炉底管、定排管形成短期超温过热，从而引起水冷壁炉底管和定排管的爆管泄漏。

1.6.3 停炉后快速冷却的影响。因目前电力形势的紧张，锅炉发生"四管"泄漏后均要求进行抢修，有时为了抢检修时间，不得不在停炉后进行快速冷却,使管子承受巨大的热应力，几次下来，造成锅炉炉管的材质性能下降，有些虽然现在还没有显出来，但也给锅炉"四管"留下了隐患。

1.7 其他原因

1.7.1 防磨盖板脱落 尾部受热器的前几排管子直接地受到烟气灰粒的冲刷，因此前几排管子的磨损较后面管排严重；局部位置的防磨盖板因固定方式不正确（直接点焊于管子上），防磨盖板与管子的膨胀量不一致，在运行中易发生变形、脱落，未得到及时的恢复完善，受热面管子受烟气的直接冲刷磨损（称飞灰磨损）而减薄管壁，及至发生爆管。

1.7.2 机械磨损

管排固定装置的松动、脱落也会造成"四管"泄漏。如固定受热面管子的拉钩、管卡、管夹管松动脱落，使管子与管子之间、管子与管夹管之间互相碰撞、磨擦而磨损。当管壁减薄到一定程度时，在内压的作用下，管子发生爆破。

2、防止四管泄漏的措施

以上分析了产生四管泄漏的原因，下面将因病施治，针对产生的原因，提出预防的措施。

2.1 完善防磨、防腐措施，采用新技术、新方法来增加设备的使用寿命。如省煤器穿墙处、靠墙两侧添加防磨护板，并补充完善管子上的防磨盖板，以加强防磨作用；水冷壁管燃烧区域内，特别是焊口位置，高温腐蚀严重，为防止高温腐蚀采用20G 无缝管外表面超音速喷涂新型防腐蚀材料，取消已往的渗铝等防腐蚀技术，同时也解决了焊口位置容易发生高温腐蚀的问题。

2.2 加强燃烧调整,合理配风，避免风量过大或缺氧燃烧，减少烟气中的飞灰含量，从而有效的从源头上减轻磨损。运行调整中，注意一、二次风的合理搭配，防止发生火焰偏斜, 贴壁, 冲刷受热面等不良情况.投、停燃烧器应注意分布对称, 均匀, 以尽量减小热力偏差, 防止受热面超温.

2.3 严格按照锅炉监察和金属监督规程，严禁超温、超压运行，加强炉水管理，把pH 值控制在要求的范围内。停炉检修期间，要采取妥善的防腐措施。根据蒸汽侧高温氧化腐蚀机理，采取措施，减轻或防止高温腐蚀的发生。

硫酸盐高温腐蚀的程度主要与温度的高低有关，温度越高，腐蚀越严重，控制管壁温度是减轻高温腐蚀的最有效办法。在实际应用中，有以下一些具体方法：把过热蒸汽、再热蒸汽温度控制在一定范围内；把过热蒸汽器、再热蒸汽器及固定件等易腐蚀部件布置在低温烟气区；合理布置过热蒸汽器、再热蒸汽器系统，使金属温度维持在腐蚀危险温度以下。2.4 加强给水品质管理，严把化学水处理关。

2.4.1 作好凝汽器的防漏、堵漏和防垢、防腐工作。凝汽式电厂，凝结水是锅炉给水的主要来源，而凝汽器的冷却水都是生水，如凝汽器铜管泄漏不仅带入大量的盐类、固形物，造 成热力系统结垢和垢下腐蚀，同时还带入大量的氧、二氧化碳等不凝气体，既破坏真空度，影响热效率，还因系统氧和pH 不合格而造成腐蚀，使给水铜、铁超标而进一步引起水冷壁结 垢、腐蚀。

2.4.2 搞好热力除氧和化学除氧。在热力系统内大量氧的存在，对系统内铜、铁等金属的腐蚀危害是严重的，尤其在同时有大量二氧化碳存在等弱酸性条件下，会大大加速对铜、铁设备的腐蚀。凝汽器通过抽真空和给水在热力除氧器达到脱氧器正常压力和温度，以排走工质水中大量的氧，二氧化碳和不凝汽体，是搞好热力除氧的必要条件。提高凝结水溶解氧和给水溶解氧的合格率，是热力系统防腐的重要一环，但是，光靠热力除氧并不能完全将凝结水，给水中氧除尽，还必须以化学除氧为辅助手段，世界上最成熟的方法是在给水、疑水 中加水合肼(联氨)来达到目的。

2.4.3 作好水、汽系统的pH 调节及炉内水处理。作为金属铁和铜、在水、汽介质中都各有自己最稳定的pH 范围，铁是8.2～11.0，铜是8.0～10.5，因此，化学监督导则中，规定 了给水pH范围是：(高温高压及以上锅炉)8.8～9.3 或9.0～9.5，炉水的pH 值范围是：(3.8～5.8MPa)9～11，(5.9～12.6MPa)9～10.5，其目的就是要使汽水介质的pH 保持在铜铁的pH 稳定区间内而不受腐蚀。

2.4.4 是把好排污关。排污是排除炉内的悬浮水渣(碱式磷酸钙、镁)和沉渣的必要工作，值得注意的是连排和定排的功能各不相同，连排是排汽包炉水上层的悬浮水渣，定排是排锅炉 下部的沉渣，不能互相替代，因连排不畅，定排不当或未认真进行锅炉排污而产生结垢爆管的事例是不少的。　

做好以上几点，给水的品质得到了保证，管内的腐蚀就会得到有效的控制，同时有效的减少了由于管内结垢造成的管壁超温，延长了管件的使用寿命。

2.5 搞好锅炉受热面的吹灰工作，保持受热面的清洁，防止由于受热面积灰、结焦等引起的受热面超温。

2.6 制订机组大修质量监督管理办法，建立与健全三级质量监督网络，严格执行厂部、车间、班组三级验收制度，实行质量一票否决制，凡是不符合质量标准和工艺要求的项目一律不予验收。必须返工在达到质量标准和工艺要求后才能通过验收。

3 结束语

在火力发电安全生产过程中，锅炉设备的安全运行起着决定性的作用。由于锅炉"四管"泄漏和爆管事故必须停炉消缺，所以锅炉"四管"安全运行与否是整个火力发电安全生产的重中之重。锅炉"四管"检查没有捷径可走，只有实实在在地投入大量的人力、物力和精力，采取应修必修、修必修好的态度，才能保证锅炉"四管"设备的安全。锅炉"四管"的安全，关键在于我们投入多少人力、花多少时间。只要切实做好"四管"检查工作，锅炉机组的安全稳定运行才能得到保证。