摘要：介紹了 600MW 機(jī)組鍋爐水冷壁泄漏時爐膛的異常現(xiàn)象，并根據(jù)爆管的特征分析爆管的原因。同時根據(jù)節(jié)流孔的沉積物化學(xué)分析查找沉積物的來源，制定出相應(yīng)的防范措施。

1鍋爐概況：

天津大唐盤山發(fā)電有限責(zé)任公司選用哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司制造的 HG-2023/17.6-YM4 型鍋爐。鍋爐為亞臨界壓力、一次中間再熱、固態(tài)排渣、單爐膛、型布置、全鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)、半露天布置、控制循環(huán)汽包爐。采用三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，平衡通風(fēng)，擺動式燃燒器四角切圓燃燒。 設(shè)計燃料為準(zhǔn)格爾煙煤。6 套制粉系統(tǒng)為正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置 ZGM-123 型中速磨煤機(jī)。

2事件發(fā)生前工況：

發(fā)生事故時機(jī)組負(fù)荷為 600MW， 主氣壓力為 16.5MPa， 主汽溫度為 535℃， 汽包水位正常， AGC投入，A、B、C、D、F 五臺磨煤機(jī)自動位置運行，其它輔機(jī)設(shè)備運行正常。16:10 機(jī)組負(fù)荷 600MW, 主氣壓力為 16.8MPa，主汽溫度為 538℃，汽包水位正常，A、B、C、D、E 五臺磨煤機(jī)自動位置運行，其它輔機(jī)設(shè)備運行正常。運行人員監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)四管泄漏監(jiān)測裝置上#5、#8、#16 點實時棒圖突 然升高(趨勢圖如下)并迅速升高且變成紅色報警，在四管泄漏檢測裝置上監(jiān)聽#5、#8、#16 點 聲音異常大，經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)鍋爐#4 角 45 米水冷壁處有泄漏聲，打開附近看火孔泄漏聲更大，結(jié) 合"四管"泄漏在線監(jiān)測確定為水冷壁爆管。

3原因分析：

3.1本次爆管，爆口雖然張口并不大，但其爆口邊緣減薄明顯，呈撕裂狀，管材向火側(cè)整體存在脹粗，對其內(nèi)外壁觀察。未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕，對其所取金屬試樣進(jìn)行觀察比較，鑒于爆口邊緣的管材組 織晶粒沿管材軸向被明顯拉長變形，距離爆口一定距離處的管材組織也存在一定程度拉長變形。因此本次爆管原因是由于管壁超溫引起的，而對管材背火側(cè)組織及其相鄰管材的組織進(jìn)行觀察比較， 其組織情況完全正常。說明只是這一根管存在超溫現(xiàn)象。因此可以排除本次超溫的原因是由于煙氣側(cè)超溫引起的，主要的原因在水側(cè)。對爆管的管段內(nèi)壁進(jìn)行觀察。未發(fā)現(xiàn)管壁有結(jié)垢現(xiàn)象，而影響 換熱造成管壁超溫。因此造成管壁超溫原因是由于管內(nèi)介質(zhì)水循環(huán)不暢所致。

3.2 由于是單管爆漏，懷疑為單管堵塞等原因?qū)е滤h(huán)破壞。經(jīng)檢查鍋爐下聯(lián)箱發(fā)現(xiàn)在節(jié)流孔處有黑色沉積物進(jìn)行化學(xué)定有黑色沉積物，節(jié)流孔沉積物占被爆管節(jié)流孔的通徑 1/2 左右，造成流量減少，過熱爆管。

3.3 沉積物化學(xué)定量分析：以下為華北電科院化環(huán)所對兩臺鍋爐下聯(lián)箱內(nèi)部 量分析結(jié)果：

從化驗結(jié)果分析看， 爐的 Fe3O4 含量占 92.23%且較#1 爐高出 12.26%， #2 而氧化銅含量占 4.45% 且較#1 爐高出 3.52%。綜合以上數(shù)據(jù)分析鍋爐下聯(lián)箱內(nèi)沉積物，是因鍋爐氧化膜剝落，逐漸積累而又沒有得到清理及排污所致。此外，氧化銅的含量較高與凝汽器銅管腐蝕有關(guān)。從金屬氧化膜形成 過程及影響因素說明大致來源。

3.3.1 金屬氧化膜形成過程：

鍋爐水冷壁的保護(hù)膜主要是鐵氧化在金屬表面形成 Fe3O4，其厚度為幾微米。所生成的 Fe3O4 其 厚分兩層：內(nèi)層是連續(xù)的、致密的、附著性好的保護(hù)膜，外層是不連續(xù)的、多孔的、附著性不好的 非保護(hù)層。Fe3O4 保護(hù)膜增長過程為，首先是鐵原子的離子化在鋼與氧化物的界面進(jìn)行，而含氧陰離 子(即 OH-)擴(kuò)散通過氧化物層與鐵離子反應(yīng)，生成 Fe3O4,同時放出氫子。氫原子可以擴(kuò)散通過氧化物層進(jìn)入鍋水中，也可以直接擴(kuò)散到鋼中;二是鐵原子失去電子生成的陽離子擴(kuò)散通過氧化物層， 在氧化物和水的界面與 OH-反應(yīng)有利于成 Fe3O4，同時 H+在氧化物和水的界面放電生成氫原子。這 樣，生成的氫原子不會擴(kuò)散到鋼中。而生成的氧化物比較疏松，附著性能差;三是有一部分鐵原子失去電子以后，在鋼與氧化物界面和通過氧化物層擴(kuò)散進(jìn)來的 OH-反應(yīng)，生成致密的附著性好的 Fe3O4。另一部分鐵原子失去電子以后生成陽離子，擴(kuò)散通過氧化物層，在氧化物和水的界面與 OH反應(yīng)，生成疏松的附著性差的 Fe3O4。

3.3.2 影響金屬氧化膜損壞因素：

在運行時，如果爐水的 PH 值離開正常范圍,將破壞 Fe3O4 保護(hù)膜。從各資料來看，PH 值為 10 —12 時，鋼的腐蝕速度最小，此時保護(hù)膜的穩(wěn)定性最高。當(dāng) PH 值<8 時，鋼的腐蝕速度明顯上升， 因為保護(hù)膜被溶解，其反應(yīng)為：

Fe3O4 + HCl— FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O

當(dāng) PH 值>13 時,腐蝕速度明顯上升,因為保護(hù)膜也被溶解,其反應(yīng)式如下:

Fe3O4 + 4NaOH— 2NaFeO2 + Na2FeO2 +2H2O

3.3.2.1 影響爐水 pH 值的主要原因有：

1) 補(bǔ)給水和凝結(jié)水中含有的碳酸鹽在鍋內(nèi)水解生成 NaOH，局部濃縮以后形成濃的堿溶液;

2) 因凝汽器泄漏導(dǎo)致水塔的循環(huán)水進(jìn)入凝結(jié)水中，降低了給水品質(zhì)。氯化物隨凝結(jié)水進(jìn)入鍋爐以 后，水解產(chǎn)生酸。

3) 除鹽設(shè)備管理不嚴(yán)，除鹽再生的藥品，包括 HCl 和 NaOH 漏入給水，使?fàn)t水為酸性或含游離 NaOH。離子交換樹脂漏入系統(tǒng)，或有機(jī)物進(jìn)入給水，它們會在鍋爐內(nèi)分解產(chǎn)生無機(jī)強(qiáng)酸或低分子有機(jī)酸。

4) 對于高參數(shù)鍋爐，如果進(jìn)行爐水磷酸鹽處理，磷酸鹽含量過高，也會出現(xiàn)游離 NaOH，導(dǎo)致堿腐 蝕。

5) 爐水在水冷壁管內(nèi)局部濃縮產(chǎn)生濃堿或濃酸。引起爐水濃縮腐蝕影響因素主要有以下幾方面：

A) 爐水處理的方式;

B) 爐管表面狀態(tài)，爐管表面沉積物越多，管壁溫度越高，爐水濃縮越大，腐蝕愈嚴(yán)重。

C) 給水成分，對腐蝕影響比較明顯的有：含鐵量、含銅量、碳酸鹽堿度、氯化物含量、pH 值、溶解氧含量等。

D) 熱負(fù)荷，爐管熱負(fù)荷越高，腐蝕越嚴(yán)重。本鍋爐采用的是四角切園布置，頂部采用反二次 風(fēng)。逆時針旋轉(zhuǎn)，高溫?zé)煔庠诜炊物L(fēng)的作用下，煙氣流動的剛性減弱，整個爐膛的充滿度增加;若局布存在"死區(qū)" ，煙氣流動較弱熱交換變差也會導(dǎo)致溫度升高。

E) 鍋爐運行方式，在滿負(fù)荷運行時，可能腐蝕不嚴(yán)重，當(dāng)轉(zhuǎn)入調(diào)峰負(fù)荷時，鍋爐腐蝕會加速。 因為經(jīng)常啟停和低負(fù)荷運行，水質(zhì)條件變差，給水溶解氧和銅鐵含量將增加，這些都促進(jìn)腐蝕。此外超負(fù)荷或變負(fù)荷運行時，爐管內(nèi)金屬溫度發(fā)生變化，管內(nèi)水的蒸發(fā)狀態(tài)發(fā)生變 化，由核態(tài)沸騰變?yōu)槟B(tài)沸騰，管內(nèi)形成汽塞，使?fàn)t水濃縮程度增加，腐蝕加快。

F) 水循環(huán)狀況，水流速度大小直接影響介質(zhì)濃縮腐蝕，流速過小，可能在管內(nèi)產(chǎn)生汽塞或加 速沉積物的沉積，使腐蝕加快。若流速過快會產(chǎn)生渦流，有利于鐵的氧化物沉積，加速腐蝕。

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3.3.3 在本次化驗中氧化銅的含量較#1 爐高，從分析來看主要來至凝汽器的銅管腐蝕。銅管腐蝕的產(chǎn)物是 Cu(NH3)42+，一旦銅離子進(jìn)入鍋爐受熱面而沉積在管壁上，便會產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕而損傷爐 管，其化學(xué)反應(yīng)式為：

Cu(NH3)42+ + Fe + 2OHCu + Fe(OH)2 + 4NH3

將導(dǎo)致氧化膜脫落，脫落的氧化膜主要成分為有磁性 Fe3O4。在水冷壁的節(jié)流孔處吸附逐漸積累， 導(dǎo)致節(jié)流孔的通流面積減少，發(fā)生水冷壁管水流量減少，經(jīng)一段時間運行會造成長期超溫蠕變損壞，這也是一個主要原因。而凝汽器銅管腐蝕損壞除直接危害凝汽器管材損失外，更重要的是由于鍋爐 給水水質(zhì)要求高，水質(zhì)緩沖小，因此一旦凝汽器銅管泄漏，冷卻水漏入凝結(jié)水，惡化凝結(jié)水質(zhì)，將造成爐前系統(tǒng)、鍋爐受熱面及汽輪機(jī)的腐蝕與結(jié)垢。

3.4 氧化膜增長到一定程度后，會在膜內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，促使氧化膜破裂，導(dǎo)致氧化膜與金屬分離，周圍的氧氣直接侵入內(nèi)部與金屬反應(yīng)，形成破裂氧化。在實際氧化過程中，啟停和負(fù)荷變化所引起的 冷熱交變應(yīng)力和外部力的作用也是造成氧化膜破裂的重要原因。

3.5 事實上金屬在高溫條件下使用時，形成的氧化膜在冷熱交變應(yīng)力的作用下，會造成氧化膜產(chǎn)生 明顯的破裂或剝離傾向。一般金屬的膨脹系統(tǒng)大于氧化物的膨脹系數(shù)，在冷卻時氧化膜內(nèi)發(fā)生壓應(yīng)力，該力是造成氧化膜破裂并與基體分離的主要原因。對于實際使用的金屬，無法使其不發(fā)生氧化 膜破裂和剝離現(xiàn)象，只要能保證氧化膜破裂后在較短的時間內(nèi)基體金屬能再次形成新的氧化膜即可。

4防范措施：

1) 加強(qiáng)化學(xué)監(jiān)督，針對沉積物形成機(jī)理，有針對性制定防范措施，并寫入運行規(guī)程。

2) 加強(qiáng)啟動初期低參數(shù)下爐底排污。現(xiàn)鍋爐下聯(lián)箱的爐前設(shè)計有一個放水管，管徑為16822，主要是停爐放水用;下聯(lián)箱在爐后側(cè)設(shè)計排污用，管徑為7610，在第一個彎頭前面為制造廠設(shè)計，而后面的部分由華北電科設(shè)計。整個排污管至一次門前總共九個彎頭，不利于排污。鑒于此， 將排污進(jìn)行改造滿足鍋爐運行中排污的需要，同時也對二次門后的管道進(jìn)行改造，防止由于管道等級不夠發(fā)生事故。

3)根據(jù)"電站鍋爐壓力容器檢驗規(guī)程"規(guī)定要定期對下聯(lián)箱節(jié)流孔板進(jìn)行的檢查。現(xiàn)做到停爐必查，并列入標(biāo)準(zhǔn)檢修項目。

4) 加強(qiáng)對"四管"泄漏報警裝置歷史趨勢的點檢。

5) 繼續(xù)控制及監(jiān)督好機(jī)組水汽品質(zhì)，使凝結(jié)水必須 100%通過水處理。

6) 加強(qiáng)啟動前的冷態(tài)沖洗及鍋爐點火后的熱態(tài)沖洗，強(qiáng)化監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)的控制。

7) 做好每次檢查及清理的詳細(xì)記錄，找出規(guī)律性，探討改選爐低排污系統(tǒng)可能性。

8) 與制造廠聯(lián)系核算節(jié)流孔的直徑。

9)利用停爐期間對爐內(nèi)動力場進(jìn)行校核。 查，并列入標(biāo)準(zhǔn)檢修項目。

10) 保持鍋爐受熱面的良好狀態(tài)，包括兩方面：一是表面清潔;二是表面形成良好的保護(hù)膜;

11) 減少給少的銅鐵含量，為了降低給水銅鐵氧化物的含量，必須防止給水系統(tǒng)的氧腐蝕，減少凝結(jié)水系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)氧腐蝕和二氧化碳腐蝕。同時要防止設(shè)備停用時的腐蝕及腐蝕產(chǎn)物帶入鍋爐內(nèi)。 要采取措施防止?fàn)t外水處理系統(tǒng)的腐蝕，以減少補(bǔ)給水的含鐵量。此外要注意防止凝汽器銅管和加熱器銅管腐蝕，以降低凝結(jié)水和給水的含銅量，可以不定期地對給水的銅含量進(jìn)行監(jiān)測。

12) 保持鍋爐正確的運行方式，主要指保持鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定，而負(fù)荷穩(wěn)定燃燒必須穩(wěn)定。同時盡量減少啟停次數(shù)。

13) 降低給水的腐蝕性成分， 這主要從防止介質(zhì)濃縮腐蝕的角度考慮， 應(yīng)當(dāng)控制給水的碳酸鹽含量、 Cl-的含量和 pH 值。

14) 選用合理的爐水處理方法。

15) 對除氧器的連續(xù)排氣情況進(jìn)行監(jiān)測，加大連續(xù)排氣量，最大限度地降低不凝結(jié)氣體的含量。

16) 做好停爐保養(yǎng)，根據(jù)停爐的時間長短采取相應(yīng)的防腐方法。 綜上所述，通過對鍋爐下聯(lián)箱沉積物產(chǎn)生的原因分析，并制訂相應(yīng)的防范措施。由于此類情況引起的爆管是可以避免的，這也要求各專業(yè)之間應(yīng)加強(qiáng)聯(lián)系。同時對各類重要參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格控制指標(biāo)， 必須合格，只有這樣才能保證機(jī)組長周期安全穩(wěn)定運行。

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