CFB锅炉防磨防爆管理提升分析

杜佳军,张 鹏,陈建斌

(1.神华集团循环流化床技术研发中心，陕西 西安 710065;2.四川白马循环流化床示范电站有限责任公司，四川 内江 641000)

2013年—2017年，某电力集团135 MW及以上各等级容量22台CFB机组共发生非停事件60起，其中因CFB锅炉“四管”泄漏导致机组非停事件39起，由此看出锅炉“四管”泄漏仍是影响机组安全稳定运行的主要因素。

锅炉防磨防爆工作是机组生产全过程管理的重要内容，也是及时发现及处理“四管”问题的有效途径，CFB锅炉独有燃烧方式决定了“四管”磨损明显严重于其他锅炉，因此防磨防爆工作对CFB锅炉更加重要。通过研究分析CFB锅炉“四管”泄漏非停事件，不仅可以查找锅炉防磨防爆工作存在不足，还可以为设备管理提升提供明确工作方向及思路，进而实现锅炉“四管”安全可靠性真正可控、在控[1]。

1 非停事件分析

电站锅炉“四管”常见失效类型有管材缺陷、焊接缺陷、过热爆管、磨损减薄、应力集中、疲劳开裂、机械损伤、腐蚀、错用材质等[2]。近年来该集团CFB锅炉“四管”泄漏涵盖了上述多数失效型式，但各受热面泄漏失效类型又有所差别，其中水冷壁以管材缺陷和焊接缺陷为主，过热器主要以为焊接缺陷和疲劳开裂为主，再热器和省煤器均以磨损减薄为主。

1.1 水冷壁泄漏

水冷壁泄漏主要失效类型有管材缺陷、焊接缺陷、磨损减薄及应力集中等。水冷壁管材缺陷主要出现在耐火材料覆盖区域、风室及布风板等隐蔽部位，焊接缺陷主要为密封鳍片制造及安装焊缝损伤管子、管排出厂销钉焊接及熔覆焊接熔深过深伤及母材等，磨损减薄为鳍片安装不平整、耐火材料脱落等造成物料冲刷磨损，应力集中为密封盒结构设计不合理，运行中拉裂水冷壁管(见图1)。

图1 熔敷焊接熔深过深(左)及鳍片不平整(右)磨损爆管

1.2 过热器泄漏

过热器泄漏失效类型有焊接缺陷、磨损减薄、过热爆管、疲劳开裂及应力集中等(见图2)。其中，焊接缺陷为鳍片焊缝及对接焊缝存在严重咬边缺陷，在管屏存在较大热偏差及变形条件下开裂泄漏。磨损减薄是炉内耐火材料、尾部防磨瓦脱落后管子裸露磨损爆管，过热爆管为受热面检修焊渣等杂物落入管内造成异物堵塞超温爆管。疲劳开裂为屏式受热面受机组频繁调峰影响焊缝热影响区、弯头销钉焊接处及疏水管接管座焊缝等部位在长期交变应力作用下开裂泄漏。应力集中是屏式受热面管子异种钢焊缝一侧内部车削台阶加工不当造成应力集中开裂泄漏。

1.3 再热器泄漏

再热器泄漏失效类型有管材缺陷、焊接缺陷、磨损减薄及疲劳开裂等。管材缺陷为屏式受热面管材存在裂纹缺陷导致泄漏。焊接缺陷是屏式受热面鳍片焊缝存在严重咬边缺陷，在管屏存在较大热偏差及变形下开裂泄漏。磨损减薄为屏式受热面局部变形严重物料冲刷、弯头部位耐火材料脱落磨损及尾部受热面吹灰器漏气吹损后泄漏。疲劳开裂为屏式受热面变形部位采用马蹄型焊缝造成开裂泄漏(见图3)。

图2 鳍片焊缝(左)和管子对接焊缝(右)开裂

图3 鳍片焊缝严重咬边(左)及弯头耐火材料脱落(右)泄漏

1.4 省煤器泄漏

省煤器泄漏失效类型有管材缺陷、焊接缺陷及磨损减薄等。管材缺陷为机组投产初期个别管子母材存在缺陷造成开裂泄漏。焊接缺陷是基建安装中，焊缝存在未熔合缺陷并随着机组运行周期的增加逐步扩展开裂泄漏。磨损减薄为管子在防磨瓦脱落、穿墙密封漏风冲刷等情况下磨损泄漏，个别为管子前次泄漏吹损未及时发现处理后进一步磨损泄漏(见图4)。

图4 焊缝未熔合缺陷(左)及穿墙密封漏风(右)

2 防磨防爆问题

电站锅炉“四管”泄漏既有管理原因，也有技术原因。防止锅炉“四管”泄漏工作是否有效，归根到底还在于管理是否有效[3]。从上述CFB锅炉“四管”泄漏非停事件分析可以看出，现阶段锅炉防磨防爆管理存在以下几方面问题。

2.1 基础管理

锅炉防磨防爆管理制度不完善及责任落实不到位，尤其是在目前检修工作外包和部分检查外委模式下，导致自身人员防磨防爆检查及责任主体淡化，进而影响锅炉防磨防爆工作质量。同时，防磨防爆检查计划不全面，人力配备不足且技能水平有限，加之重视不足及责任心不强，多次出现设备缺陷检查不到位等现象。

2.2 受热面管材

在39起锅炉“四管”泄漏非停事件中，有10起事件是因受热面管子母材存在裂纹等原始缺陷导致的，可以看出受热面管材存在入厂验收及使用管理不到位现象，未严格按照相关标准、规程及制度要求进行质量验收把关，尤其是机组基建安装过程中材料管理不到位问题，直接给投产后设备可靠运行埋下了严重安全隐患，在锅炉防磨防爆金属检验不到位情况下导致多起“四管”泄漏事件发生。

2.3 隐蔽缺陷

锅炉受热面隐蔽缺陷主要是管理不到位、防磨防爆检查手段单一而未能及时检查发现。原因主要是在机组检修中缺少对隐蔽缺陷管理的内容，使部分隐蔽缺陷不能及时发现并消除，给锅炉设备安全可靠运行带来较大隐患。例如受热面鳍片焊缝严重咬边缺陷、穿墙密封漏风等。

2.4 检修质量

锅炉受热面检修工艺不规范、质量管理不到位，导致受热面管内落入焊渣等异物、鳍片安装不平整、吹灰器提升阀内漏严重等问题发生。同时设备检修及新技术应用中风险评估不足，对屏式受热面变形后采用马蹄型焊缝、熔覆防磨水冷壁变形等带来危险未能引起足够重视。

2.5 焊接施工

锅炉受热面监造、基建安装及检修焊接施工管理不规范，施工工艺及质量验收把关不严，直接导致受热面焊缝等存在较多缺陷。如水冷壁出厂销钉焊接、熔覆施工不当导致熔深过深等缺陷，水冷壁及屏式受热面鳍片焊缝存在严重咬边等缺陷，省煤器安装焊缝存在未熔合缺陷等。

2.6 耐火材料

未将耐火材料纳入锅炉防磨防爆进行统一管理，未落实专人负责耐火材料检查、检修及使用管理等工作。耐火材料搅拌、浇注、振捣、养护、烘干等环节管理不严，新旧耐火材料施工未严格执行相关标准及厂家要求，最终导致耐火材料脱落频繁发生。同时未在机组启动或停运过程中采取相应措施控制耐火材料开裂等问题。

2.7 运行管理

运行管理存在薄弱环节，机组参数变化及异常监视判断不到位，未及时开展相关分析工作及采取相关措施，致使设备问题持续发展及扩大。锅炉燃烧异常、超温等风险认识不足，事故预想不到位及应急处理措施不完善，直接影响事故处理及时性、准确性。运行人员操作经验及事故处理能力不足，在“四管”泄漏等事件发生后操作不果断、不及时，导致事故进一步扩大。

3 管理提升措施

为有效遏制及减少CFB锅炉“四管”泄漏非停事件的发生，切实提升CFB锅炉防磨防爆管理水平及设备运行安全可靠性，现针对非停事件暴露问题制定管理提升措施。

3.1 管理措施

健全锅炉防磨防爆管理体系，明确防磨防爆组织机构成员为防磨防爆责任落实主体，将内部检查与外委队伍检修有机结合，彻底排查及消除锅炉“四管”存在缺陷及安全隐患。严格按照“分片承包、责任到人”的原则落实责任，通过制定切实有效、操作性强的激励机制，充分调动防磨防爆工作人员的积极性和主动性。

强化锅炉防磨防爆基础管理，制定检查计划、作业文件、台帐档案等技术资料管理清册和标准，严格执行防磨防爆有关规程及制度要求，形成检查策划、过程控制、缺陷处理等各环节标准作业。同时，定期总结防磨防爆工作及开展人员专业培训，结合实际组织交叉更换检查区域，通过理论实践相结合方式持续提高人员技能。

3.2 技术措施

a.加强承压部件管材管理。新管材使用前进行外观检查，不得有裂纹、撞伤、折皱、分层、腐蚀等缺陷，对弯管椭圆度、背弧壁厚进行检查，不符合设计要求的不得使用[4]。水冷壁或屏式受热面销钉高度和密度符合设计要求，销钉焊缝无裂纹和咬边等缺陷，焊缝熔深符合要求，必要时进行着色探伤检查。所有制造厂家焊缝做外观检查，外形尺寸及表面质量符合技术要求，并按规定进行焊缝抽检。

b.强化锅炉受热面检修管理。受热面管子、鳍片应保持平整，对存在“凸出”或“凹陷”的部位及时进行处理。受热面换管时管子及鳍片不得错口，更换后向火面管子及鳍片焊缝应打磨平滑，并严格进行质量验收[5]。对于使用炉内检修平台消缺的，每年至少安排一次对炉内受热面进行全面检查。水冷壁新防磨材料、新技术工艺使用前进行充分技术论证、调研及风险评估。

c.加强尾部烟道防磨装置管理。受热面防磨装置逢停必查，尤其是内弯防磨瓦的磨损和松动情况检查处理。阻流板、防磨瓦等防磨装置无脱落、歪斜和移位，磨损厚度超过1/2应更换。用点焊固定护板时，充分考虑防磨瓦与管道之间相对膨胀，防磨瓦一般加3道固定卡箍，防止防磨瓦变形脱落或移位。尾部烟道四周及角落区域应设置导流板，防止产生“烟气走廊”导致管道局部冲刷磨损[6]。

d.提高承压管道焊接质量。承压部件焊接应严格审核焊工资质，焊接前应有焊接工艺评定，焊接时严格执行焊接工艺卡，焊缝进行100%探伤。焊接材料选择、焊接工艺、焊后热处理、焊接质量检验及质量评定等应符合标准要求。原则上不得在现场进行异种钢焊接，迫不得已时须进行试验性焊接，合格后方可进行正式焊接工作。水冷壁密封鳍片及管子对接焊缝不得有漏焊、夹渣、咬边等缺陷。

e.预防承压管道异物堵塞。受热面换管时宜采用机械切割，如需采用火焰切割时火焰角度应与管道相切，割管后管口要及时用专用堵头封堵。采用氩弧焊对管道内口进行封堵时应采用焊接专用水溶纸，并尽可能减少用纸量。受热面管在组合和安装前必须分别进行通球试验，试验合格后及时做好封堵措施。受热面联箱和节流孔应按规定定期进行内部检查和清理，确保联箱及节流孔清洁无异物。

f.规范耐火材料检查检修。将耐火材料纳入防磨防爆统一管理，并落实专人负责。耐火材料搅拌、浇注、振捣、养护、烘干等严格执行工艺要求。外观正常的耐火材料使用“锤击听音法”等检查其牢固情况，如有空响或松动现象立即更换[7]。耐火材料大面积脱落应分析原因并制定预防措施，局部脱落清理成规则形状后重新敷设。经常脱落、磨损严重和形状不规则部位，宜在耐火材料中添加不锈钢纤维提高强度。

g.控制吹灰器吹损受热面。根据锅炉排烟温度确定受热面吹灰周期，吹灰频次超过设计值50%时，应分析原因并制定整改措施。吹灰时，运行人员应调取吹灰蒸汽压力和调节阀开度曲线，对比与吹灰器运行实际对比是否一致。安排专人进行吹灰现场跟踪监督，发现吹灰器卡涩、剧烈晃动或未退到位等情况及时处理。检修时应对吹灰器支架变形、扭曲、移位、磨损等进行检查处理，枪管弯曲超标应及时更换[8]。

h.强化隐蔽部位承压部件管理。被耐火材料覆盖及安装到位后，难以检查的受热面管道除按照要求进行检验外，在安装焊接前还应进行100%管道内外检查，必要时进行无损检测。所有处于隐蔽部位的焊缝应进行100%无损检验。针对历次非停事件出现的穿墙密封开裂等隐蔽部位缺陷，应制定专项整改计划并在检修中组织进行检查处理，彻底消除锅炉“四管”存在的安全隐患。

3.3 其他措施

a.规范运行操作及合理控制参数。严格按照规程要求控制锅炉汽水品质及运行参数，严密监视各受热面管壁温度，防止超温超压现象发生。机组启停及升降负荷期间，避免锅炉运行参数大起大落，减少热偏差及控制受热面变形[9]。严格控制入炉煤粒度在合格范围内，并防止过大一次流化风量加剧受热面磨损[10]。锅炉启停过程中合理控制升降温速率，防止耐火材料大面积损坏。

b.提升不安全事件防范及应急处置能力。分析机组投产以来CFB锅炉发生的不安全事件，对照事件逐一制定及落实防范措施。排查不安全事件应急处置措施，讨论研究运行中可能出现锅炉燃烧异常、“四管”泄漏等不安全情况，结合实际编制完善不安全事件应急处置措施。组织人员学习不安全事件防范及应急处置措施，定期开展不安全事件应急演练，提升人员应急处置能力。

4 结论

通过深入研究CFB锅炉“四管”泄漏非停事件，分析水冷壁、过热器、再热器及省煤器泄漏失效类型及导致原因，查找出锅炉防磨防爆基础管理、受热面管材、隐蔽缺陷、检修质量、焊接施工、耐火材料及运行管理等方面暴露问题和存在不足，进而从承压部件母材、锅炉受热面检修、尾部烟道防磨装置、承压部件焊接质量、承压管道异物堵塞、耐火材料检查检修、吹灰器吹损受热面、隐蔽部位承压部件、运行操作参数控制、不安全事件防范及提升应急处置能力等方面提出了切合实际的管理提升措施，在夯实防磨防爆工作基础及持续提高管理水平的同时，进一步提高CFB锅炉设备安全可靠性。