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摘要：据调查，国内火电300MW及以上机组由于四管泄漏事故造成的停机抢修时间约占整个机组非停检修时间的40%左右，不但严重影响锅炉的安全运行，而且还给企业造成了巨大的经济损失。因此做好四管泄漏的预防及治理工作是任何一个火力发电厂重要的工作之一。本文笔者结合所在公司实际四管泄露情况，对300MW及以上超临界锅炉四管泄漏主要原因及其预防和治理措施，做了简单的论述。

关键词：超临界锅炉；四管泄露；预防与治理；氧化皮；高温腐蚀

一、绪论

笔者所在公司锅炉为哈尔滨锅炉厂生产，型号为 HG-1145/25.4-HM2，350MW 燃煤超临界参数，单炉膛、四角切圆燃烧方式、一次中间再热、固态排渣、平衡通风、紧身封闭、全钢悬吊结构的变压运行直流炉。超临界锅炉若发生四管泄露事故，则只能采取强制停运的方式，开展抢修工作。笔者结合所在公司近些年爆管实际情况，简要分析了超临界锅炉四管泄漏的主要原因，并有针对性的提出治理措施。

二、爆管原因简析

（一）磨损爆管

1.飞灰磨损

飞灰磨损即由于烟气中的细小飞灰颗粒对受热面冲刷撞击而造成的磨损。目前运行的煤粉炉，大部分呈“Π〞型布置，末级过热器、末级再热器、低温过热器及省煤器等受热面均布置在炉膛内部水平烟道及尾部烟道区域，煤粉在炉膛燃烧后产生的熔融状态的灰粒到达此区域，已变的较为坚硬，对管壁的冲刷动量加大。再者，个别受热面管排因变形导致管排间距不等而形成烟气走廊，烟气走廊进一步加快烟气流速，从而加剧磨损程度。在我厂历次锅炉检修中，均发现末级再热器和末级过热器迎风面垂直管束和前弯头底部U型弯部位以及个别形成烟气走廊部位因飞灰磨损，而导致的管壁减薄超标。

2.机械磨损

超临界锅炉管排固定装置出现松动、变形、支吊架松动和定位块脱落等情况，会在运行过程中造成管子间相互摩擦，从而磨损管子。管子磨损到一定程度后，其承压能力便会显著下降，最终导致四管泄露。图2.1为2017年10月14日我厂顶棚过热器管束与拉稀管长期碰磨导致的管壁减薄爆管。

3.吹灰磨损

锅炉蒸汽吹灰器是利用蒸汽吹扫受热面，清除受热面上积累的飞灰和炉渣的设备。蒸汽吹灰可以保持烟道畅通、提高传热效率、降低烟道阻力和风机电耗，从而提高锅炉效率。

蒸汽吹灰器运行时，吹灰枪喷出的高速蒸汽流具有很大的动能，当其与受热面直接接触时，会对其造成一定的损伤。尤其是在蒸汽含水和蒸汽压力过高的情况下，受热面会加倍被吹损。由于我厂燃用煤种含灰份及硫份较高，锅炉结焦严重，运行值班人员为了控制金属壁温，提升各项小指标参数，频繁投运吹灰器。再者，在燃烧器上层区域，叠加还原性氛围导致的管壁高温腐蚀，受热面管子会加倍磨损。另外，由于吹灰前疏水时间不足而导致吹灰蒸汽带水，喷射在高温受热面上的水滴会产生热应力，缩短炉管使用寿命。同时，高速射流的水滴具有更大的动量，会加剧受热面磨损。在我厂多次锅炉检修中发现炉膛吹灰器C层及D层周围水冷壁区域均发现因吹灰磨损导致管壁减薄超标的情况。

（二）烟气侧高温腐蚀爆管

我厂在多次锅炉检修中发现水冷壁表面呈现凹凸不平的坑洼（如图2.3所示），经分析判断为烟气高温腐蚀所致。根据我厂锅炉受热面高温腐蚀实际情况观察，多发生在煤粉燃烧器与燃尽风喷口之间区域， 此处正是严重缺氧、管壁温度较高区域，还原性气氛增强，从而造成水冷壁高温腐蚀。在吹灰器周围区域，叠加吹灰磨损，导致高温腐蚀层一层一层的脱落，壁厚减薄，强度降低，极易造成水冷壁爆管和泄漏，危及锅炉安全运行。

受热面高温腐蚀的主要原因是燃煤含硫量偏高，控制燃煤含硫量可以有效预防水冷壁高温腐蚀；其次，在混煤掺烧时个别煤种的挥发份过低时，会导致煤粉着火推迟，尤其是挥发分较低的煤质，火焰着火严重滞后，极易造成煤粉贴壁燃烧，在硫分的叠加作用下发生高温腐蚀；再次，如果四角切圆锅炉出现切圆尺寸偏大、一次风速过高、二次风速过低、燃尽风率过高等问题时，炉内风粉气流组织不合理，造成水冷壁近壁区域较强还原性气氛，发生高温腐蚀。同时煤粉较粗也会使得主燃烧器区域以及还原区近壁区CO浓度增加，从而加剧腐蚀；最后，要保证合理的过量空气系数，即严格控制炉膛出口氧量值。然而在实际运行中，随着空预器阻力增大、煤种变化、脱硝效率下降等情况的出现，经常为了降低NOx值和降低风机电耗而采用低氧运行方式，导致主燃烧器区域严重缺氧，还原性气氛增强，造成水冷壁高温腐蚀。

（三）过热爆管

1.过热爆管原理

过热分短期过热和长期过热。短期过热即管壁温度超过材料的下临界温度时，材料强度显著下降，在内部压力作用下，发生胀粗及爆管的现象；长期过热是指超温幅度不太大但时间比较长，管壁长期处于设计温度以上但低于材料的下临界温度，管子逐渐发生碳化物球化，加快蠕变速度，管壁氧化减薄，材料强度下降，管径发生胀粗，最后在管子最薄弱部位脆裂导致爆管。

2.氧化皮堵塞引起的过热爆管

受热面管子中铁离子在一定温度下氧化，氧化速度随着受热面壁温的升高而不断加快。当温度高于580℃时，炉管金属内壁氧化皮层由FeO、Fe2O3、Fe3O4三种氧化物组成，该层比较致密并具有韧性，能保护金属母材进一步氧化。但当管内温度达560℃至570℃左右时，则氧化生成较多的FeO，该层氧化物结构致密性差，比较疏松。在启停机及变工况运行时，炉内热负荷随燃烧不稳而急剧变化，管壁温度随之大幅变化，从而产生大量的氧化皮层。由于受热面管材的线膨胀系数与氧化皮的线膨胀系数不相等，当产生的氧化皮层厚度达到脱落临界值后，氧化皮会大量脱落并聚集在U型弯底部，再加之启停机时蒸汽流量较小，造成蒸汽不能迅速将脱落的氧化皮带走，最终由于堵塞而导致蒸汽流量减小，减弱了对管子的冷却效果，造成了短期过热爆管。

我厂曾多次发生由于末级过热器迎火面爆管泄漏造成的停机检修事故。在停机后对爆破口进行检查（如图2.4），爆口程喇叭状，边缘光滑，显著减薄，周围无平行爆口方向的裂纹，符合典型的短期过热爆口形态，且无明显机械碰磨、飞灰磨损、蒸汽吹损特征，引起短期超温的原因属于管子汽侧堵塞，并非炉膛局部热负荷过高所致。对相邻末过弯头割管取样，发现内部有较多的氧化皮堆积。由于末级过热器温度高，汽温通常在570℃以上，产生氧化皮最内层为疏松的FeO，出口段管子材质均为奥氏体不锈钢TP347H不锈钢材质，膨胀系数大，当升降温速率大时会产生氧化皮剥落，符合氧化皮产生及剥落的机理。在当时负荷下，约在900℃左右，由于末过进口材质T91较其出口材质TP347H的机械性能差，且顺利布置的特点导致进口温度高于出口温度，最终导致了末过迎火面T91管材段的过热爆管。综上分析，我厂以上末过爆管事故判定为由氧化皮脱落堵塞引起的短期过热爆管。

3.满负荷高加解列，给水流量瞬间降低导致的过热爆管

直流锅炉在额定负荷工况下高加突然解列后，原本用于加热给水的一、二、三级抽汽瞬间中断，全部进入汽轮机做功，负荷瞬间增加10%左右。CCS方式下DEH 自动关调门，导致主汽压力立即升高，主汽流量迅速下降，同时给水流量大幅下降。此时，炉侧则会快速减少燃料量，从而防止锅炉超温超压。但是，锅炉的调整具有一定的滞后性，它的反应绝对跟不上汽轮机调门的变化，尽管炉内热量随着燃料量的减少开始逐渐缓慢降低，但因主汽流量的瞬间减少，造成管内蒸汽流量和相应管壁温度不匹配，过热器管壁温度因没有足够蒸汽来带走热量而短时急剧升高，材料局部区域高温力学性能下降，在管内高温高压介质作用下，发生胀粗塑型变形，最终爆管泄漏。

我厂曾多次发生过因高加解列和高加泄漏后快速退高加而导致包墙过热器爆管停机检修事故。从对爆破口的宏观形貌、金相组织、化学成分、和力学性能等多方综合分析，判断为我厂锅炉前包墙过热器管爆管泄漏的主要原因为短时过热导致。

爆管位置位于前包墙过热器第66根标高62米处（如图2.5所示），此处位于锅炉中心线附近，经与哈尔滨锅炉厂沟通并结合现场实际工况， 在高加解列后，给水流量大幅下降，一般来说，给水流量越小，锅炉受热面管间流量偏差越大。前包墙管间静压分布如图2.6 所示：

从静压分布图中可以看出，锅炉中心线附近静压差△p 最小，此处管子流量会最小，流动工况最为危险。在正常运行过程中，前包墙管间流量偏差非常小。在高加切除且给水流量较小的工况下，尽管前包墙工质平均温度下降，但因总体流量少，管内介质充满度低，前包墙管间流量偏差被放大，且煤水比大，最终导致靠近锅炉中心线附近流量偏差管因冷却不足而短时过热爆管。

（四）操作不当

启、停机及变工况过程中如果没有严格控制升温升压或降温降压速率，可能会导致炉内管道受热或冷却不均匀，产生较大的热应力，导致应力拉伤甚至拉裂爆管。如果停机检修或爆管后抢修，未按照相关技术要求，缩短闷炉和自然冷却时间，进行启风机强制冷却，会导致停炉后管道内氧化皮的大幅度脱落，致使堵管。

在正常运行中，应严格控制主、再热气温在额定值，严密监视金属壁温不超温。同时，发现炉膛内部烟温偏差大时，应及时通过燃烧调整的方式，消除两侧烟温偏差，防止引起局部壁温过高。

三、防止措施

（一）防范飞灰磨损措施

1.检修方面措施

（1）．建立健全公司锅炉防磨防爆工作制度，做到逢停必查，针对停炉时间，合理制定防磨防爆检查的范围。在锅炉检修、临修等每次停炉后，对受热面腐蚀、磨损、胀粗和撕裂等异常情况做有计划性的检查，并严格按照换管标准对超标管进行更换。未雨绸缪，保证锅炉安全高效运行。

（2）．根据管壁减薄情况和历次检修经验，检查并更换防磨瓦。对水平烟道内末再、末过迎火面管束等飞灰严重磨损部位加装的防磨护瓦，进行检查更换。彻底排查管排固定装置出现松动、变形、支吊架松动和定位块脱落等情况，并及时调整消缺，消除烟气走廊。

（3）．积极引进先进的防磨损技术与方法，提高锅炉设备运行寿命。建议采用耐高温防磨涂料对炉内易磨损受热面区域进行喷涂。不仅能使受热面耐磨性能增强，而且不需再加装防磨护瓦，既增大了炉内通流面积、降低了烟气流速，又起到了防磨目的。

（4）.在锅炉A修后启动前，监督做好空气动力场试验工作，严格检查锅炉喷燃器的安装角度是否准确，并且要检查切圆是否能够满足锅炉运行的需求，若存在问题则需要及时更换设计倾角与切圆，防止气流冲刷壁管。

2.运行方面措施

（1）在锅炉运行过程中，运行人员要加强燃烧调整，保证锅炉配风和氧量合理，保证火焰中心不偏斜。积极了解本班入炉煤质情况，根据燃煤性质，确定适宜的一、二次风及燃料风的配比，合理配风，防止炉内火焰偏斜，组织良好的炉内燃烧工况。注意控制煤粉细度，若煤粉太粗、燃烧会不完全、锅炉不完全燃烧损失和飞灰浓度增加，烟气流速加快，最终加剧尾部受热面的磨损。

（2）控制合适的火焰中心高度，降低烟气中的粉尘携带量保证燃烧完全。正常运行时煤粉的着火距离适中，火焰稳定，且均匀地充满炉膛，不应直接冲刷水冷壁，两侧烟温偏差不超过40℃，尽量减少不完全燃烧损失，提高锅炉运行的经济性。通过调整一二次风配比及引风机开度，控制锅炉负压在合适区间，适当减缓烟气流速，从而减轻磨损。

3.燃料管理方面

加强燃煤管理，建立燃煤掺烧小组，并发挥积极作用。烟气中的灰分含量与燃煤灰分含量成正比，与燃煤的发热量成反比。因为电厂燃用低发热量的煤种，必燃会增加单位时间内的燃煤量，最终导致烟气中飞灰浓度进一步增加，磨损速度加剧。所以，我们燃管部门必须从节省燃煤费用和降低检修费用、制粉费用、输灰费用中找到一个平衡点，尽可能选用合适的燃料煤，从而节约生产成本。

（二）防范吹灰磨损措施

1.调整吹灰器，吹灰器喷嘴及内管与水冷壁角度应保持垂直；检查喷嘴冲刷情况，超标应更换，喷嘴角度正确，喷嘴中心距水冷壁和包覆过热器管表面40－50mm；吹灰蒸汽管道应有良好的疏水装置，疏水能够排净，吹灰器启动时应遵守运行规程并加强检查。积极探索新型吹灰方式替代现有的蒸汽吹灰方式；

2.加强吹灰管理，合理优化吹灰程序及吹灰周期。吹灰前必须保证对系统进行足够时间的疏水暖管，检查吹灰蒸汽疏水温度大于280℃，保证吹灰蒸汽的过热度，从而消除蒸汽吹灰带水。避免带水的吹灰蒸汽直接喷射到高温受热面上，由于对高温管道造成的热应力而缩短管道使用寿命。

3.合理安排吹灰次数，减少水冷壁的磨损程度。严禁为了提升各项小指标参数，频繁投运吹灰器。如果炉膛不结焦，炉内燃烧良好的情况下，可适当灵活安排吹灰频次，减少不必要的吹灰投入。吹灰时加强现场巡检频次，发现吹灰枪卡住或未退到位，应立即联系检修人员处理。

（三）防止高温腐蚀措施

1.加强燃烧调整，严密监视炉膛出口烟温偏差，经常检查炉膛内火焰中心偏斜程度。发现两侧烟温偏差超过规定允许值时，及时通过调整一二次风配比、改变磨组允许方式等燃烧调整的方式来调整火焰偏斜程度，防止炉内风粉气流组织不合理，造成的水冷壁近壁区域强还原性氛围导致的高温腐蚀，同时也防止了贴壁燃烧导致的管壁超温。合理配风，通过监视控制烟气中的O2和CO浓度，控制炉膛内部合适的还原性氛围。在低氧状态下，烟气中CO含量的高低反应了其还原性氛围的强弱。当炉内烟气处在强还原性氛围，这时存在大量的H2S等气体，极易引起水冷壁高温腐蚀。控制煤粉细度R90在10～13％之间，防止煤粉过粗，以保证燃料在炉膛内及时燃尽，减少不完全燃烧的煤粉受热分解出流离态的S和FeS，对管壁造成的高温腐蚀。

2.加强燃煤管理，成立燃煤掺烧小组并发挥积极作用。积极探索燃煤掺烧方式，控制燃煤含硫量和挥发分在合适范围内。降低燃煤含硫量可有效预防水冷壁高温腐蚀；提高煤种的挥发份，可有效防止火焰着火滞后，减少煤粉贴壁燃烧。建议应在采购低硫煤价格和受热面因高温腐蚀带来的检修费用中找到一个平衡点。

3.保证合理的过量空气系数，即严格控制炉膛出口氧量值。在正常运行中，遇到因空预器阻力增大、煤种变化、脱硝效率下降等情况导致炉膛出口氧量降低的情况，应适当降低负荷，从而缓解主燃烧器区域缺氧程度，降低该区域还原性氛围，从而防止水冷壁高温腐蚀。

4.积极技改，探索新型燃烧方式。通过对四角切圆煤粉锅炉二次风系统升级改造，向炉膛严重缺氧区域适量补充二次风，从而彻底解决高温腐蚀对水冷壁的“困扰”，同时解决低氮燃烧器改造后的水冷壁结焦问题。

（四）防止因氧化皮堵塞超温爆管措施

1.运行方面：启动初期，应采取少量煤量并尽量少投减温水，密切监视金属壁温，如有超温等异常情况，可以采取开大汽机高低旁路对系统进行大流量长时间蒸汽吹管，从而将管内沉积的氧化皮冲走。停机时，应采取减煤减风的方式来进行滑参数停机，而不是用减温水降温来滑参数。启停机过程中，严格控制主再热汽温变化速率。介质温度在300℃以下任何时段金属温度变化率≯3℃/min；介质温度在300℃以上任何时段金属温度变化率≯1.5℃/min；且瞬时温升≯5℃/min，10分钟内温度突变不得超过30℃。另外，停炉后认真执行停炉保养方案，至少要进行一定时间（12h）的自然冷却，然后才可启风机进行强制冷却，避免停炉后管道内氧化皮的大幅度脱落，致使堵管。

锅炉正常运行过程中，控制主、再热汽温度稳定。主蒸汽温度的调节主要是依靠调节给水量和燃料量，即调整水/煤比值来控制启动分离器蒸汽温度，一、二级减温水为辅助调节手段。再热蒸汽温度主要依靠烟气挡板来调整，再热器事故减温水做为备用或事故情况下使用，正常运行中要尽量避免采用事故喷水进行再热汽温调整。主再热气温的调节要平缓稳定，避免大幅度调整减温水从而造成管壁温度突变。

加强氧化皮形成及防治的相关培训。集控运行人员对管材TP347H（屏过、高过、高再）氧化皮如何生成的知识，没有完整的概念，制造厂也没有对这种管材特性加以强调说明，导致运行人员缺乏必要的技术支持。

2.检修方面：首先，要做好治理工作，要确定氧化皮脱落与堆积的主要位置，探索其中的规律。在每次停机检修时，做好典型部位的氧化皮检测工作，尤其是末过、末再等高温段的管子，做到逢停必查。其次，对氧化皮超标管子要做好割管清理和更换工作，同时对氧化严重的管材进行更换。再次，由于需要割管清理，因此在焊接过程中，要做好拉管，防止管子出现扭曲，进而避免氧化皮再次脱落。最后，炉管入库和使用前要使用光谱仪进行材质复核，在更换炉管时严禁用错材质。

3.化学及金属方面：严格监视水质情况，保证汽水品质合格，及时准确地提供汽水品质报告。在锅炉大小修时对锅炉减薄超标管道内部及汽机各监视管段进行垢样分析，并根据垢样分析的结果，提出锅炉是否有酸洗的必要及对受热面管子的更换提出意见。金属专业要做好受热面金属壁温超温统计，建立相关档案，制定相应措施，为运行燃烧调整提供有力的技术支持。

（五）关于高加解列导致的超温爆管的几点建议

手动解列高加前，炉内应彻底吹灰，保证受热面换热良好，适当降负荷（建议降至50%负荷）。手动投退高加汽侧时，严格按照规程控制给水温升温降速率。高加水侧切旁路时，密切关注给水流量波动，尽可能保证足够的给水流量，减小煤水比，同时密切监测各受热面壁温情况。

高加切除后，合理调整磨组运行方式，尽可能投运下层磨从而降低燃烧火焰高度，降低流经各过热器管壁烟气温度。如在高加切除后加负荷，由于给水温度减低，直流锅炉为了保持干态运行，必须增加燃料量，由于设计水冷壁吸热能力有限，多余热量只能体现在了锅炉汽侧管壁超温上，所以，高加解列后应密切监视炉内金属管壁温度。同时，适当增加金属管壁温度测点，为运行调整提供依据。2022年，我厂利用停炉检修时间，在前包墙拉稀管上增加了35个壁温测点。，

事故情况下，高加突然解列，应密切监视给水流量及各金属壁温变化情况，必要时人为干预给水流量，同时炉侧应立即减少燃料量快速降低炉内热负荷，尽可能快的将炉内热量与相应蒸汽流量相匹配，避免出现短时过热爆管。

（六）严把检修关，检修、运行、金属、化学和燃管多方联动，共同做好防磨防爆工作

成立锅炉防磨防爆小组，做到“逢停必检”，设立防磨防爆台账，对每根受热面管束厚度进行逐个记录，编制防磨防爆工作计划，超前谋划和防范。防磨防爆小组由厂级领导直接领导，设监督专责人，严把检修质量关，保证焊接质量。焊接前，所使用的焊材和母材应由金属专业用光谱仪逐个进行材质检验，并在焊接完成后进行光谱复核。焊接过程中，应做好防异物措施。管口均要可靠封堵严禁敞口，防止铁屑等异物进入系统，造成炉水流通不畅。焊接完成后，严格按照焊口检测相关工艺进行检测，对不合格焊口进行返口重焊。严格执行三级验收制度，并对验收焊口进行签字见证，责任落实到人。我厂始终坚持集团公司"逢停必检"的方针，在每次防磨防爆中尽可能地扩大检查范围，加强对隐蔽部位的检查，发现问题并及时处理，保障了我厂长周期安全稳定运行。从投产至今，从未发生过由于防磨防爆不到位而导致的非停事故。

燃管专业要加强入炉煤分析预报工作，同时应及时准确地提供煤质化验报告，为运行燃烧调整提供可靠依据。化学专业要加强炉水品质监督，保证汽水品质合格，及时准确地提供汽水品质报告。金属专业应提高金属监督力度，配合防磨防爆检查人员做好承压部件的检修更换范围和数量的确定工作。做好锅炉“四管”钢材材质监督、热处理和焊接质量的监督。建立健全金属超温和炉管壁厚档案，为运行调整和防磨防爆提供技术支撑。

加强检修、运行、金属、化学和燃管等专业多方联动，群策群力，为共同做好锅炉防磨防爆工作贡献我们应尽的力量。

四、结语

防止"四管"泄漏是一项庞大的系统工程，应从运行、检修、金属、化学和燃煤管理等多方面加强监督、管理、检查，并综合考虑。超临界机组"四管"泄漏原因分析与防治措施的探讨，对于火电厂有着极其重大的意义，同时也是一个非常有挑战性的课题，本文笔者结合所在电厂实际爆管情况，对四管泄露的危害、原因，做了简单的分析，并简要的提出了相应的治理措施。浅薄至极，望提出宝贵意见！

参考文献：

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