火电机组锅炉四管爆漏分析及预防.

《火电机组锅炉四管爆漏分析及预防.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《火电机组锅炉四管爆漏分析及预防.（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、火电机组锅炉“四管”爆漏 分析及预防,西安热工研究院有限公司 二六年十一月,电站材料技术部：李益民,liyimin,2,主要内容,一、锅炉“四管”失效的分布 二、锅炉“四管”的失效机理 三、锅炉“四管”的失效原因 四、锅炉“四管”失效的典型案例 五、预防和减少锅炉“四管”爆漏的措施,liyimin,3,1.锅炉“四管”失效的分布,锅炉过热器、省煤器、水冷壁、再热器管(简称“四管”)爆漏，是影响火电机组安全、经济运行的主要因素之一。据近年来的统计，我国大型电站因“四管”爆漏引起的停机事故，占机组非计划停用时间的40，占锅炉设备非计划停用时间的70，而且随机组参数的提高和新机组投运的增加，这类事故

2、还有上升的趋势，例如：在1989年84台200MW机组中，“四管”爆漏288次，停用时间达到21579小时，占整台机组非计划停用总时间的40.86，相当于3.5台的800MW机组未发挥作用;23台300MW机组，“四管”爆漏停用7202小时，占机组非计划停用总时间的55.1%。,liyimin,4,1.锅炉“四管”失效的分布,“四管”爆漏事故，在不同地区，不同类型的机组中差别也较大。表l为19871989年间100MW及以上机组“四管”爆漏停用时间占非计划停用总时间的统计百分数。由表1可见:机组容量增加, “四管”爆漏占非计划停用总时间越长;过热汽和水冷壁管事故多.,liyimin,5,liy

3、imin,6,表2 江苏2002年63台锅炉 “四管”爆漏次数的统计 。再热器和省煤器管爆漏多；1000 th锅炉多。,liyimin,7,表3 河北南网34台锅炉19921998年间“四管”爆漏次数的统计 。省煤器爆漏最多，其次为过热器和水冷壁； 220 th锅炉事故多。,liyimin,8,表4 华中地区28个电厂19982002年间“四管”爆漏次数 的统计 ：过热器和省煤器管事故最多；事故逐年下 降。,liyimin,9,锅炉“四管”失效的分布,没有显著的分布规律 锅炉的容量 管子的种类 锅炉的个体特征明显 所以锅炉“四管”爆漏分析及预防是一个复杂的的问题,liyimin,10,2.锅炉

4、“四管”的失效机理,liyimin,11,2.锅炉“四管”的失效机理,表6为华中地区28个电厂19982002年间“四管”爆漏的损伤机理统计。磨损、过热和焊缝缺陷。,liyimin,12,2.锅炉“四管”的失效机理,2.1水冷壁管的主要失效机理 （1）服役条件：高压、中温、腐蚀性的环境及附件约束产生的附加应力。 （2）管子的损伤：火焰冲刷、水侧沉积物的聚积、内外壁的腐蚀（氢损伤、点腐蚀、应力腐蚀）、飞灰磨蚀、腐蚀疲劳。 （3）锅炉结构导致的损伤,liyimin,13,2.锅炉“四管”的失效机理,（4）主要失效机理 氢损伤 锅炉给水中PH值偏低特别易引起氢损伤。炉管表面产生酸性腐蚀，杂质在水冷壁

5、管 的高温区沉积，并形成盐垢，导致此处壁温升高，炉水在沉积物母体蒸发，使非挥发 成分变浓，腐蚀通常发生在比较致密的沉积物下，垢下产生如下发应： 3Fe+4H2OFe3O4十4H2 所产生的氢不能很快地被汽水带走，则氢原于进入钢材表层，与钢中晶界碳化物发生 如下反应： Fe3C+2 H23Fe+ CH4 由于生成甲烷，在晶界产生很大应力使晶界开裂，裂纹旁明显脱碳，破口呈窗口状， 管子没有明显胀粗和腐蚀减薄现象，为脆性破裂，也称为氢脆腐蚀。 氢损伤主要发生在水冷壁管的向火侧、高热负荷区、弯头或水流中断处、水平或倾 斜的管段。,liyimin,14,苛性腐蚀 。苛性腐蚀是在紊流或热涡流区，金属壁面的

6、保护层(Fe3O4)破坏，汽水中苛性氧化物(NaOH)沉积浓缩(炉水中的NaOH大于3PPm)，加速对管子的氧化腐蚀所致。 水侧氧腐蚀。水侧氧腐蚀则是由于管内的水由于氧的去极化作用，发生电化学腐蚀，在管内钝化膜破裂处产生点状或坑状的腐蚀。,liyimin,15,应力腐蚀。应力腐蚀为在腐蚀环境下应力诱发的裂纹，这种应力主要是静态拉应力或残余应力，裂纹为沿晶或穿晶，断口处有腐蚀介质或腐蚀产物。 腐蚀疲劳。 由于烟气中的飞灰沉积在管子的表面, 飞灰中的硫及碱性物在一定条件下形成复合硫酸盐，这种硫酸盐在温度高于700时发生分解而造成管子外壁的高温腐蚀。管壁表面频繁的温度交替变化导致热应力的交替变化,产

7、生腐蚀疲劳损伤. 温度变化的原因。燃烧中心的偏移，火焰冲刷水冷壁，在火焰冲刷区形成频繁的温度变化，导致管子的热疲劳开裂；另一方面，在管样表面的结渣结垢处会形成汽膜，引起局部管壁温度过高，产生温度的交替变化，引起局部热疲劳损伤。 由于管壁温度；焊接附件产生的约束使管制的热膨胀受阻，产生附加的热应力。,liyimin,16,2.锅炉“四管”的失效机理,2.2高温过热器、再热器管的主要失效机理 （1）服役条件：高温、腐蚀性环境;过热器管压力高，再热器管压力低;附件约束产生的附加应力。 （2）管子的损伤：高温蠕变失效、短时超温、长期过热、内壁氧化层导致的过热、腐蚀及腐蚀疲劳和飞灰磨蚀。 （3）奥氏体不

8、锈钢管内壁氧化层剥落堵塞管子下弯头引起过热，导致管子的早期失效。 （4）结构导致的早期损坏。,liyimin,17,2.锅炉“四管”的失效机理,（5）主要失效机理 高温蠕变引起的材料损伤 ：组织老化，性能劣化。 短时超温、长期过热 腐蚀及腐蚀疲劳 飞灰磨蚀 奥氏体不锈钢管的失效 a)内壁氧化层剥落堵塞管子下弯头引起过热 b) 奥氏体不锈钢管的应力腐蚀开裂,liyimin,18,2.锅炉“四管”的失效机理,2.3低温过热器、低温再热器和省煤器的主要失效机理 飞灰、落渣、吹灰器、煤粉颗粒的侵蚀 主要是由于烟气流中携带的飞灰颗粒或吹灰气流冲刷受热面 使其壁厚减薄，常发生在具有局部高速烟气流动及灰浓度

9、高的 部位。在省煤煤器入口，烟气温度一般巳降低到500以下， 灰粒已变硬，因此，省煤器管磨损爆漏最多。 2.4其它 疲劳破坏 焊缝开裂,liyimin,19,3.锅炉“四管”的失效原因,3.1锅炉结构设计不当引起的失效 炉膛四角和燃烧器处的水冷壁管、包覆管、过热器管屏的夹持管等，因受密封板、固定筋板、槽钢的限制和煤粉管道外推力的影响不能自由膨胀或相互碰磨，以致拉裂损伤。 过热器和再热器系统布置不够合理，局部管段超温。如前、后屏过热器外围管过长，管内介质流速低而受热很强；对流过热器和热段再热器管的下弯头，直接受到炉膛出口烟气的高温冲刷而超温爆管。,liyimin,20,3.锅炉“四管”的失效原因

10、,锅炉再热器系统进、出口的交叉混合和流动走向不当(如进、出口成“Z”型流动)，易引起热力偏差和水力偏差的叠加，使局部管段超温爆管。 过热器、再热器的调温手段欠缺摆动火嘴一般不能在运行中调整(摆不动)，再热器的汽一汽热交换器的调节特性不好，系统阻力大，旁通阀漏流，开度的变化对再热汽温的影响不明显；再热器的烟气调温挡板开启不灵活，生锈卡死或调节滞后过大。,liyimin,21,3.锅炉“四管”的失效原因,炉膛的热力计算不够准碓，炉膛出口烟温过高，或燃用煤种变化，调整措施未能跟上。 省煤器的设计和结构未充分考虑燃料灰份对其磨损的影响，烟速、布置结构及防磨措施等选择不当，以致不少地区省煤器磨损爆漏事故

11、频繁，有的运行不到两年就需要换管。,liyimin,22,3.锅炉“四管”的失效原因,3.2制造、安装质量欠佳引起的失效 错用钢材(或用材不当)而引起的爆漏 管子内外表面的划痕、离层、折叠等材料质量的 原因导致管子的早期失效 制造及安装时遗留有“眼镜片”、铁屑片、焊渣等杂物而引起的爆漏,liyimin,23,3.锅炉“四管”的失效原因,3.3运行及检修不当引起的失效 在启动、调负荷和燃料质量变化后，调整不当，引起瞬间超温。 锅炉缺水，水循环恶化以及炉膛灭火放炮。 吹灰器使用不当，引起受热面被磨损。 起动及正常运行中给水品质不符合规定要求和凝汽器泄漏，水质被污染。 运行人员素质不高，热控检测手段

12、不完善，发生误判断、误操作。 检修维护和检查工作不够仔细和严格，潜在的设备缺陷未能在检修中及时消除。 锅炉检修期间，受热面管水冲洗造成锅炉水平烟道和尾部烟道的包墙过热器管、水冷管、省煤器管的腐蚀。,liyimin,24,3.锅炉“四管”的失效原因,3.4锅炉停运保护不当引起的失效 停用锅炉防腐保护不良，引起锅炉管腐蚀。 冬季停炉防寒保护欠佳，引起锅炉管材料脆化冻裂。,liyimin,25,3.5 生产运行管理 严格制造工艺和质量的监督. 严格安装工艺和质量的监督。 严格生产运行规程的执行和监督。,liyimin,26,4“四管”的典型失效案例,4.1水冷壁管典型失效案例 4.1.1水冷壁管内壁

13、腐蚀开裂,表7吉林化学公司自备电厂水冷壁运行参数及历程,liyimin,27,4“四管”的典型失效案例,图1 破口宏观形貌,图2 管子内壁的腐蚀沟槽,liyimin,28,4“四管”的典型失效案例,图3管子近内壁的沿晶开裂金相观察,图4沿晶开裂的扫描电镜观察形貌,liyimin,29,4“四管”的典型失效案例,开裂原因 炉水品质欠佳。炉水中PH值偏低,呈酸性；排污系统不正常,炉管下端的联箱水循环不畅,炉水中杂质及腐蚀产物在腐蚀部位积聚,促进腐蚀和氢脆开裂。,liyimin,30,4“四管”的典型失效案例,4.1.2水冷壁管外壁腐蚀疲劳开裂典型案例 锅炉是STEIN公司1996年制造的18.4-

14、541型、亚临界、中间再热、强制循环、双拱炉膛、固态排渣、W型火焰、燃烧无烟煤汽包锅炉。燃烧煤种为含S量3.55% 的重庆松藻矿劣质无烟煤。,表 水冷壁运行参数及历程,liyimin,31,开裂部位：前墙冷灰斗水冷壁管。面积较大 裂纹特点:大量的横向裂纹，管子无明显胀粗，减薄不大。,liyimin,32,liyimin,33,4“四管”的典型失效案例,管子外表面的腐蚀破裂形貌,liyimin,34,4“四管”的典型失效案例,图 管子的微观裂纹形貌,liyimin,35,4“四管”的典型失效案例,开裂原因 烟气中的飞灰沉积在管子形成复合硫酸盐，造成管子外壁的高温腐蚀。温度变化的原因。燃烧中心的偏

15、移，火焰冲刷水冷壁，在火焰冲刷区形成频繁的温度变化，导致管子的热疲劳开裂；另一方面，在管样表面的结渣结垢处会形成汽膜，引起局部管壁温度过高，产生温度的交替变化，引起局部热疲劳损伤。,liyimin,36,4“四管”的典型失效案例,4.1.3水冷壁管的腐蚀疲劳开裂 石门发电有限责任公司1号机组为360MW火电机组。锅炉型号为HG-1021/18.2-MW、亚临界、一次中间再热、自然循环汽包炉,四角切圆燃烧。燃烧煤种为混煤。,表 水冷壁运行参数及历程,liyimin,37,4“四管”的典型失效案例,开裂部位：水冷壁右侧第6372根管,标高2228m。 开裂特征：大量的横向裂纹，管子无明显胀粗，减薄

16、不大。 开裂机理：腐蚀疲劳开裂，珠光体球化达34级。 开裂原因：锅炉运行期间曾有因燃烧切圆过大或偏斜严重造成火焰贴壁，燃烧器区域四周水冷壁管外壁有约1mm厚的氧化皮；管子内壁结垢严重，垢层的导热系数差，导致管壁温度急剧升高；垢层中铁、氧化钠含量偏高，磷酸盐偏低，垢下腐蚀严重；调峰频繁及燃料较杂引起局部腐蚀热疲劳损伤。,liyimin,38,4“四管”的典型失效案例,4.1.4水冷壁管的氢脆开裂 水冷壁管氢脆开裂在各类型号的锅炉中均可发生。如淮北电厂4号炉（400th）、石嘴山7号炉（220th）、某电厂1号炉（670th）、平圩1、2号炉（2008th）等水冷壁管均发生过氢脆开裂。 氢脆开裂的宏观形貌：脆性的“窗口”形破裂，微观组织则呈典型的沿晶开裂。裂纹周围钢中含碳量减少，形成脱碳层。,liyimin,39,直接原因：炉水中的PH值偏低，使炉管表面产生酸性腐蚀。具有酸性的炉水与管壁表面铁原子发生反应生成甲烷，聚集于晶界的微空隙内，形成局部高压，造成晶界的局部应