一起锅炉水冷壁泄漏事件分析

李衍平

（华电国际莱城发电厂，山东 济南 271100）

0 引言

锅炉“四管”泄漏是威胁电厂安全的重大隐患之一，泄漏量的大小直接影响锅炉燃烧稳定。泄漏的原因很多，需要从多个方面、多种角度防止“四管”泄漏。本文结合一起锅炉水冷壁泄漏事件进行原因分析，指出所暴露的问题并提出预防措施。

1 事件经过

某电厂锅炉水冷壁泄漏事件发生当日18∶22，锅炉给水流量比蒸汽流量大3 kg/s，烟气湿度为7%，较平时上升了1%，锅炉床温床压等参数正常，现场巡视未发现异常。21∶40，锅炉给水流量比蒸汽流量大10 kg/s，烟气湿度升至21%，炉膛负压维持困难，两个小时内锅炉补水增加了78 t，负荷由63 MW降至55 MW，巡视检查初步判断水冷壁泄漏。由于机组无法维持运行，23∶40 申请停机。次日 00∶23，机组解列停运安排抢修。机组经检查处理于一周后恢复并网运行。

2 检查情况

2.1 设备概况

发生水冷壁泄漏事件锅炉为常压［1］、单汽包自然循环、户外410-9.8/540-Pyrofow型循环流化床锅炉，该炉与双缸、双排汽100 MW凝汽式汽轮发电机组配套成单元式机组。锅炉炉膛为单炉体，共480根水冷壁管，前后墙各160根，两侧墙各80根，规格为D63.5 mm×6.3 mm，材质为St45.8Ⅲ。炉膛下部渐缩段为防止磨损，形成低温还原区，渐缩段和水冷布风板都敷设了耐火浇注料。甲乙两侧炉膛出口与旋风分离器相连处也使用了耐火浇注料。

2.2 现场检查情况

炉膛冷却清理床料后，搭设脚手架至标高28 m，检查发现泄漏点位于锅炉甲侧炉膛出口耐火浇注料端部区域，该部位耐火浇注料局部脱落，与水冷壁管之间形成缝隙。

靠近耐火浇注料向炉后方向的第1，2根水冷壁管泄漏，第1根管道上有3个泄漏点，分别为泄漏点1，3，4，泄漏点 1尺寸为 5 mm×8 mm。第 2 根管道上有1个泄漏点，为泄漏点2。泄漏点上下区域有明显的冲刷减薄现象。

对其他区域进行检查，发现后墙翼型壁耐火浇注料上方800～1 500 mm范围内，从甲侧往乙侧数第4屏（共6屏），从前往后数第8根（共12根）磨损严重，厚度减薄至3.2 mm，其他未发现异常。

3 原因分析

3.1 磨损分析

在机理上，金属的磨损可分为两类：一类是金属表面在固体颗粒的冲刷下发生摩擦，导致金属部件逐渐减薄；另一类是在金属表面形成一层氧化膜，氧化膜的硬度较好，但是比较脆。在烟气颗粒的冲刷下，氧化膜容易出现剥落，而在剥落的金属表面再形成新的氧化膜层，磨损就发生在这个替换过程中。在本事件磨损的水冷壁管表面未发现氧化膜痕迹，只有被打磨光滑的金属表面，由此可以判断该处磨损属于第一类磨损。经过研究发现，磨损主要是与飞灰流速、飞灰浓度、飞灰颗粒大小及流场的不均匀性有关系，磨损量E就是衡量材料磨损性能的常用指标，其计算公式如下：

式中：f1为灰粒特性系数，其大小与飞灰粒径有关；f2为受热面布置形式与冲刷方式系数；C为飞灰浓度；v为飞灰流速；n为3～4之间的指数。

由式（1）可知，在飞灰浓度一定的情况下，磨损量E的大小与飞灰流速v的n次方成正比。

3.2 磨损源查找

从现场耐火材料和管道磨损泄漏情况看，炉膛出口甲侧墙覆盖水冷壁的耐火浇注料由于长期运行，耐火浇注料逐渐老化，结合力下降，运行中局部脱落，与水冷壁之间形成缝隙。在烟气流向炉膛出口时，部分烟气进入耐火浇注料缝隙并形成漩涡，飞灰流速v增大，致使水冷壁管磨损［2］，导致迎烟侧的1点位置管壁厚度逐渐减薄而泄漏。1点泄漏后持续冲刷左侧水冷壁管，导致2点位置泄漏，2点泄漏后又冲刷3，4点位置导致其泄漏。

耐火浇注料脱落后造成烟气冲刷水冷壁，使水冷壁管因磨损而发生泄漏。因此，烟气中飞灰冲刷是本次水冷壁泄漏的主要原因。

4 暴露的问题

本次水冷壁泄漏事件，暴露出的主要问题有：

1）防磨防爆检查工作不细致。尽管在每年小修期间对水冷壁进行了检查，但工作开展不够细致，未对耐火浇注料和水冷壁磨损情况进行全面检查。

2）对可能存在的设备隐患重视程度不够。该区域自投产至今未发生过泄漏，耐火浇注料也未进行过更换，对长期运行后耐火浇注料脱落的可能性认识不足，存在侥幸心理。

3）技术管理不完善。在小修期间对受热面管的检查记录不详细，部分换管部位无测厚数据，检查发现缺少问题位置的记录，不便于追溯。

5 处理及防范措施

查出泄漏点后，更换了水冷壁管，修复了耐火材料，并针对锅炉受热面提出了预防泄漏的措施。

1）更换泄漏区域水冷壁管2根长度为2 m的D63.5 mm×6.3 mm光管，恢复该处耐火材料，更换翼型水冷壁1根长度为1 m的D63.5 mm×6.3 mm光管。焊补炉膛磨损水冷壁管及鳍片70多处，焊补后进行了打磨处理。

2）严格执行焊接工艺，焊后对焊口进行100%射线探伤，对焊补的管子进行磁粉探伤。

3）利用本次停炉的机会对锅炉受热面进行全面细致的防磨防爆检查，特别是检查耐火材料的开裂、脱落及水冷壁磨损情况，发现问题及时处理修复。

4）加强运行及防磨防爆检查人员的技术培训，提高业务素质；与其他循环流化床锅炉电厂加强沟通交流，提高设备管理水平［3］。

5）加强水冷壁磨损管控。详细测量记录水冷壁厚度和换管情况，健全设备台账，掌握磨损速率，积累磨损数据及防磨经验，及时检查消除隐患。

6）加强耐火材料管理。建立健全耐火浇注料设备台账，结合机组容量修订滚动检修治理工作计划；检修期间认真检查耐火浇注料磨损厚度和开裂情况，对损坏、脱落的耐火浇注料及时修复；选择质量优良的耐火浇注料，严格执行施工工艺，加强抓钉焊接和耐火材料浇筑的全过程管控，保证施工质量［4］。

7）加强运行管理。根据煤质状况，合理调节一、二次风配比［5］，有效控制床温和流化速度；严格控制升降温速率，避免耐火浇注料与抓钉和基体之间产生较大的热应力。

6 结语

严格按照锅炉防磨防爆工艺进行锅炉水冷壁等受热面的维护，运行检修中做到有章可循，把问题缺陷消灭在萌芽状态。事件处理后水冷壁未再发生泄漏的情况，确保了锅炉安全运行。