摘要：介紹了 600MW 機組鍋爐水冷壁泄漏時爐膛的異常現象，并根據爆管的特征分析爆管的原因。同時根據節流孔的沉積物化學分析查找沉積物的來源，制定出相應的防范措施。

1鍋爐概況：

天津大唐盤山發電有限責任公司選用哈爾濱鍋爐有限責任公司制造的 HG-2023/17.6-YM4 型鍋爐。鍋爐為亞臨界壓力、一次中間再熱、固態排渣、單爐膛、型布置、全鋼構架懸吊結構、半露天布置、控制循環汽包爐。采用三分倉回轉式空氣預熱器，平衡通風，擺動式燃燒器四角切圓燃燒。 設計燃料為準格爾煙煤。6 套制粉系統為正壓直吹式制粉系統，配置 ZGM-123 型中速磨煤機。

2事件發生前工況：

發生事故時機組負荷為 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 五臺磨煤機自動位置運行，其它輔機設備運行正常。16:10 機組負荷 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 五臺磨煤機自動位置運行，其它輔機設備運行正常。運行人員監盤發現四管泄漏監測裝置上#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聽#5、#8、#16 點 聲音異常大，經現場檢查發現鍋爐#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 合"四管"泄漏在線監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，管材向火側整體存在脹粗，對其內外壁觀察。未發現明顯腐蝕，對其所取金屬試樣進行觀察比較，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，而對管材背火側組織及其相鄰管材的組織進行觀察比較， 其組織情況完全正常。說明只是這一根管存在超溫現象。因此可以排除本次超溫的原因是由于煙氣側超溫引起的，主要的原因在水側。對爆管的管段內壁進行觀察。未發現管壁有結垢現象，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介質水循環不暢所致。

3.2 由于是單管爆漏，懷疑為單管堵塞等原因導致水循環破壞。經檢查鍋爐下聯箱發現在節流孔處有黑色沉積物進行化學定有黑色沉積物，節流孔沉積物占被爆管節流孔的通徑 1/2 左右，造成流量減少，過熱爆管。

3.3 沉積物化學定量分析：以下為華北電科院化環所對兩臺鍋爐下聯箱內部 量分析結果：

從化驗結果分析看， 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%。綜合以上數據分析鍋爐下聯箱內沉積物，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。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：內層是連續的、致密的、附著性好的保護膜，外層是不連續的、多孔的、附著性不好的 非保護層。Fe3O4 保護膜增長過程為，首先是鐵原子的離子化在鋼與氧化物的界面進行，而含氧陰離 子(即 OH-)擴散通過氧化物層與鐵離子反應，生成 Fe3O4,同時放出氫子。氫原子可以擴散通過氧化物層進入鍋水中，也可以直接擴散到鋼中;二是鐵原子失去電子生成的陽離子擴散通過氧化物層， 在氧化物和水的界面與 OH-反應有利于成 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散進來的 OH-反應，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，擴散通過氧化物層，在氧化物和水的界面與 OH反應，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，此時保護膜的穩定性最高。當 PH 值<8 時，鋼的腐蝕速度明顯上升， 因為保護膜被溶解，其反應為：

Fe3O4 + HCl— FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O

當 PH 值>13 時,腐蝕速度明顯上升,因為保護膜也被溶解,其反應式如下:

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

3.3.2.1 影響爐水 pH 值的主要原因有：

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

2) 因凝汽器泄漏導致水塔的循環水進入凝結水中，降低了給水品質。氯化物隨凝結水進入鍋爐以 后，水解產生酸。

3) 除鹽設備管理不嚴，除鹽再生的藥品，包括 HCl 和 NaOH 漏入給水，使爐水為酸性或含游離 NaOH。離子交換樹脂漏入系統，或有機物進入給水，它們會在鍋爐內分解產生無機強酸或低分子有機酸。

4) 對于高參數鍋爐，如果進行爐水磷酸鹽處理，磷酸鹽含量過高，也會出現游離 NaOH，導致堿腐 蝕。

5) 爐水在水冷壁管內局部濃縮產生濃堿或濃酸。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，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) 熱負荷，爐管熱負荷越高，腐蝕越嚴重。本鍋爐采用的是四角切園布置，頂部采用反二次 風。逆時針旋轉，高溫煙氣在反二次風的作用下，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" ，煙氣流動較弱熱交換變差也會導致溫度升高。

E) 鍋爐運行方式，在滿負荷運行時，可能腐蝕不嚴重，當轉入調峰負荷時，鍋爐腐蝕會加速。 因為經常啟停和低負荷運行，水質條件變差，給水溶解氧和銅鐵含量將增加，這些都促進腐蝕。此外超負荷或變負荷運行時，爐管內金屬溫度發生變化，管內水的蒸發狀態發生變 化，由核態沸騰變為膜態沸騰，管內形成汽塞，使爐水濃縮程度增加，腐蝕加快。

F) 水循環狀況，水流速度大小直接影響介質濃縮腐蝕，流速過小，可能在管內產生汽塞或加 速沉積物的沉積，使腐蝕加快。若流速過快會產生渦流，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。銅管腐蝕的產物是 Cu(NH3)42+，一旦銅離子進入鍋爐受熱面而沉積在管壁上，便會產生電化學腐蝕而損傷爐 管，其化學反應式為：

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

將導致氧化膜脫落，脫落的氧化膜主要成分為有磁性 Fe3O4。在水冷壁的節流孔處吸附逐漸積累， 導致節流孔的通流面積減少，發生水冷壁管水流量減少，經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 給水水質要求高，水質緩沖小，因此一旦凝汽器銅管泄漏，冷卻水漏入凝結水，惡化凝結水質，將造成爐前系統、鍋爐受熱面及汽輪機的腐蝕與結垢。

3.4 氧化膜增長到一定程度后，會在膜內產生應力，促使氧化膜破裂，導致氧化膜與金屬分離，周圍的氧氣直接侵入內部與金屬反應，形成破裂氧化。在實際氧化過程中，啟停和負荷變化所引起的 冷熱交變應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力的作用下，會造成氧化膜產生 明顯的破裂或剝離傾向。一般金屬的膨脹系統大于氧化物的膨脹系數，在冷卻時氧化膜內發生壓應力，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，無法使其不發生氧化 膜破裂和剝離現象，只要能保證氧化膜破裂后在較短的時間內基體金屬能再次形成新的氧化膜即可。

4防范措施：

1) 加強化學監督，針對沉積物形成機理，有針對性制定防范措施，并寫入運行規程。

2) 加強啟動初期低參數下爐底排污。現鍋爐下聯箱的爐前設計有一個放水管，管徑為16822，主要是停爐放水用;下聯箱在爐后側設計排污用，管徑為7610，在第一個彎頭前面為制造廠設計，而后面的部分由華北電科設計。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行改造，防止由于管道等級不夠發生事故。

3)根據"電站鍋爐壓力容器檢驗規程"規定要定期對下聯箱節流孔板進行的檢查。現做到停爐必查，并列入標準檢修項目。

4) 加強對"四管"泄漏報警裝置歷史趨勢的點檢。

5) 繼續控制及監督好機組水汽品質，使凝結水必須 100%通過水處理。

6) 加強啟動前的冷態沖洗及鍋爐點火后的熱態沖洗，強化監督標準的控制。

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

8) 與制造廠聯系核算節流孔的直徑。

9)利用停爐期間對爐內動力場進行校核。 查，并列入標準檢修項目。

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

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

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

13) 降低給水的腐蝕性成分， 這主要從防止介質濃縮腐蝕的角度考慮， 應當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) 對除氧器的連續排氣情況進行監測，加大連續排氣量，最大限度地降低不凝結氣體的含量。

16) 做好停爐保養，根據停爐的時間長短采取相應的防腐方法。 綜上所述，通過對鍋爐下聯箱沉積物產生的原因分析，并制訂相應的防范措施。由于此類情況引起的爆管是可以避免的，這也要求各專業之間應加強聯系。同時對各類重要參數應嚴格控制指標， 必須合格，只有這樣才能保證機組長周期安全穩定運行。

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