基于大数据分析的电厂锅炉水冷壁失效研究

李娜

摘要：基于火电厂水冷壁泄漏方面的研究已有很多，但往往仅局限于某个电厂，全国范围内的电厂来说适用性不大，因此，有必要对全国范围内水冷壁失效案例做一个统计分析。虽然实际调查结果比较全面，但耗时耗力，完成起来比较有困难，由于经原作者深思熟虑，对事故原因分析深入、准确，结论性更强。因此，进行大数据分析，对造成火电厂水冷壁泄漏事故的原因以及机理分类更细致、更精确。

关键词：电厂锅炉;水冷壁;失效原因

锅炉作为火电厂的三大主要设备之一，其安全性和稳定性是电力生产至关重要的因素。水冷壁由多根水冷壁管焊接而成，构成蒸发受热面，通过管内介质的流动，吸收炉膛中高温火焰及烟气的辐射热量，降低炉墙的温度，避免炉墙过热，从而达到保护炉墙、保证其服役寿命的目的。结合水冷壁的工作原理、服役环境以及各类失效实例综合分析，将水冷壁管失效原因存在多种原因共同作用下错综复杂的情况。因此，研究锅炉水冷壁管失效的原因以及采取相应的预防措施，对保证火电机组的安全运行有非常重要的指导意义。

一、电站锅炉水冷壁泄漏情况

间接原因该因素是通过引发直接原因，进而引起爆管事故的，例如局部磨损、热负荷变动工况引起蒸发冷却周期疲劳和结垢堵塞等。

该原因是引起爆管事故的直接原因，是采取改进措施时需要优先考虑的因素，例如燃料粒度不均及燃烧方式不当、材质不良及结构不当、水质不良和焊接质量不良等。随后是燃料粒度不均及燃烧方式不当和结垢堵塞，前者是通过对水冷壁外壁破坏来发挥作用的，是造成水冷壁泄漏的根本原因之一;后者是通过对水冷壁内壁造成破坏来发挥作用的，泄漏的水冷壁管随锅炉负荷的增加，管内介质带走了更多的热量，在相同管径下与其他水冷壁管壁温相比较，表现为温差与工况成反比，说明泄漏的水冷壁管其管内截面积要小于正常水冷壁管内截面积，泄漏的水冷壁管内疑有异物堵塞，且未被异物完全堵塞。

二、锅炉水冷壁泄漏的原因

1、燃料质量问题及燃烧方式调整不当。燃料质量不良包括燃料中各项成分含量不合格，其会引起水冷壁外壁的化学腐蚀，进而使水冷壁外壁变得薄厚不均，导致其受热不均，不同位置形成的温差就很容易引起水冷壁变形;另外，还包括燃料粒径大小不合格，其会增加飞灰、固体颗粒等燃烧产物对水冷壁外壁的冲刷作用，进而对水冷壁造成磨损腐蚀。水冷壁的变形和磨损又会进一步引起其受热不均，恶性循环，长时间作用下的结局只能是水冷壁泄漏。燃烧调节方式不当一方面造成燃烧不彻底，中间产物会对水冷壁外壁造成腐蚀以及冲刷作用，其影响机理同上面燃料质量不合格的作用机理;另一方面，会引起水冷壁外壁受热不均，不同位置存在温差，进而引起水冷壁变形[2]。

2、水冷壁材料不良以及结构不当。水冷壁本身材料不合格会加速其腐蚀以及应力破裂。水冷壁结构设计不合理，会通过磨损以及受热不均等来威胁水冷壁的寿命。

三、水冷壁泄漏的间接原因

（1）局部磨损 局部磨损往往是由燃料质量不良以及燃烧方式不当、结垢堵塞等引起的。其表现方式为其物料颗粒具有粒径、浓度和表面硬度比较大等特性，对器壁磨损严重;运行参数如温度过高和烟气流动过大等，会加速水冷壁的局部磨损;局部堵塞后，高温蒸汽由于受阻，会加速对管壁冲刷作用;在有裂口处，蒸汽量瞬间增大，增大其对管壁的冲刷，加速水冷壁管的 泄漏。

（2）热负荷变动工况蒸发冷却周期疲劳。该因素作用机理为，当炉内局部热负荷过高而造成水冷壁管发生膜态沸腾时，有大量气泡急剧产生而形成汽膜。一旦形成汽膜后，因热导率变低而产生局部过热，随后的瞬间汽膜消除，溶液又流向给水造成急冷。这样急冷急热反复交替，引起管壁温度周期性波动，造成很大的热应力，导致保护膜破坏、腐蚀加剧，使管壁的横向裂纹不断增生和扩展[3]。

（3）结垢堵塞。结垢堵塞往往是由燃料燃烧质量不良以及燃烧方式不当和水质不良等原因引起的。另外，水冷壁的异物堵塞和超温过热爆管又是相互影响的。一方面，管子长期超温过热运行，会伴随有涨粗现象，进而结垢堵塞;另一方面，异物堵塞引起管內工质流量减小，从而引起管子短期超温过热，这两种作用持续加剧，就会加剧水冷壁管子爆管。

四、水冷壁泄漏事故查找方法

超温和化学腐蚀这两个因素均是由以上一些因素引起的，是造成水冷壁泄漏的直接原因而非根本原因。要想调查某次水冷壁泄漏的根本原因，还得从以上因素中入手。

化学腐蚀一般表现为孔蚀、点蚀等。表面坑坑洼洼比较多，但往往化学腐蚀又会伴随着高温腐蚀，二者总是共同作用的。如果外壁坑洼较多而造成薄厚不均，往往是燃料质量不良以及燃烧方式不当引起的;如果内壁坑洼较多而造成薄厚不均，往往是水质不良引起的。

判断某次锅炉水冷壁泄漏的原因，需从根本入手，燃料质量不良以及燃烧方式不当，焊接质量不良和水质不良等，如果发现有结垢堵塞和磨损等现象，这些都属于间接原因，要想解决问题，还得深入调查，寻找其根本原因。通过统计结果来看，燃料质量、燃烧方式不当这个根本原因以及超温这个直接原因引起泄漏所占的比例比较大。可以考虑如何从这些方面进行防范。

通过造成水冷壁泄漏的间接原因是结垢堵塞、热负荷变动工况引起蒸发冷却周期疲劳和局部磨损等;最根本的原因是燃料粒度不均及燃烧方式不当、材质不良及结构不当、水质不良和焊接质量不良等。在所有锅炉水冷壁泄漏事故中，超温和化学腐蚀作为造成爆管的直接原因，通过分析不同功率机组水冷壁泄漏原因，如果已知机组功率大小，在查找其水冷壁泄漏原因中，给电厂事故的高效快速处理带来了便利。

参考文献：

[1]陈听宽，罗毓珊，胡志宏.超临界锅炉螺旋管圈水冷壁传热特性的研究[J] .工程热物理学报，2017，25（2）：20.

[2]韩庆祝，薛宪阔. 火电厂锅炉受热面爆漏原因分析及防措[J]. 应用能源技术，2018，124（4）：24-27.

[3]杨厚君，唐必光，李朝志. 锅炉水冷壁大面积环向裂纹泄漏原因分析及治理对策[J]. 热能动力工程，2017，12（4）：311-313.