闫 开
通辽发电总厂有限责任公司 内蒙古通辽市 028000
摘要：随着国民经济持续快速增长，发电负荷不断增加，电力市场缺电形势越来越严峻。通过研究发现，锅炉“四管”泄漏问题严重影响发电机组的安全经济运行。据不完全统计，作为“四管”之一的水冷壁泄漏问题是造成电厂锅炉泄漏最常见的故障因素。研究其失效具有现实意义。
关键词：大数据分析；电厂锅炉；水冷壁；爆管；失效原因；
锅炉水冷壁失效直接影响锅炉正常运行，通常在工业生产过程中，采用多种检测手段判断锅炉水冷壁失效原因。常见手段包含目视检查、化学分析、光学显微镜、扫描电子显微镜和能量色散光谱等，本文通过多实验手段实现对多种数据源进行汇集，采用大数据分析手段，得出在破裂的管上进行管壁厚度测量变化，结果显示朝向火的侧面经历了显着的壁变薄，而管的基质材料的组成符合相关标准的要求。通过分析并通过显微镜观测，珠光体的球化不是很明显，从而确定失效机理是由于氧化导致锅炉水冷壁显着局部壁变薄。
一、电站锅炉水冷壁泄漏原因统计与分析
由于造成电站锅炉水冷壁爆管的原因众多，现分为以下3类来研究：直接原因、间接原因和根本原因。（1）直接原因。该因素直接造成了水冷壁爆管，例如超温和化学腐蚀等。（2）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。（3）根本原因。该原因是引起爆管事故的罪魁祸首，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。超温和化学腐蚀所占比例最大，说明这是造成水冷壁泄漏的两种最直接的原因，其他泄漏因素往往都是通过超温或者化学腐蚀来发挥作用的。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，是水冷壁泄漏的一个间接原因，其往往由水质原因和焊接质量不良等引起，也会与超温共同作用加速水冷壁的泄漏。由于某些文献中根本原因和间接原因区分不大，所以造成统计的数据中，该两类原因所占比例差别不太大。
二、电站锅炉水冷壁泄漏主要原因分析和失效机理
1.锅炉水冷壁泄漏的根本原因分析。（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）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。该因素在设计制造之初可以充分考虑，并且机组开始运行后，尽量不要轻易改变其最初设计制造时的很多运行条件。（3）水质不良。水质不良会引起水冷壁内壁的化学腐蚀以及结垢堵塞，进而使水冷壁受热不均，导致变形甚至泄漏。该因素通过严格控制给水各项化学指标来减小其影响。
2.水冷壁泄漏的间接原因分析。（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：①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；②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；③局部堵塞后，高温蒸汽由于受阻，会加速对管壁冲刷作用；④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）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，异物堵塞引起管内工质流量减小，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。
3.水冷壁泄漏的直接原因分析。（1）超温。引起超温的主要因素为：①电站锅炉由于失控超温导致锅炉过负荷运行，从而引起超温腐蚀；②电站锅炉水冷壁由于管内严重结垢，产生异物堵塞，从而造成汽水循环不良、蒸汽分配不均等问题，进而使水冷壁超温腐蚀；③煤质问题。有些煤的燃烧性能较低，大量未燃烬煤粉颗粒聚集在水冷壁附近，形成还原性气氛，造成高温腐蚀；④一些改造过的特殊燃烧器的影响等。（2）化学腐蚀。化学腐蚀分为内壁腐蚀和外壁腐蚀。内壁腐蚀往往是由水质不良等因素引起的，表现为锅炉水冷壁管内壁坑坑洼洼，薄厚不均，受热不均衡，最终破裂；外壁往往是燃料质量不良以及燃烧方式不当等因素引起的，表现为在水冷壁外壁形成硫化物、铁硫化物、氯化物等沉积物，使管外壁受热不均，加速泄漏。
4.水冷壁泄漏事故的原因查找方法。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，还得从以上几种因素中入手。但是，了解超温和化学腐蚀造成水冷壁泄漏的机理以及损坏后的结构特点还是很有意义。超温往往引起变形，展现出金属高温灼烧的一些颜色以及脆性转变温度上升等特征。其引起因素比较多，往往机组功率越高，发生超温腐蚀的概率大些。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。
总之，通过数据定性分析得出，造成水冷壁泄漏的直接原因是超温和化学腐蚀；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，分别占21.27%和18.73%，作为根本原因之一的燃料粒度不均以及燃烧方式不当占14.44%，以及器壁结垢堵塞作为水冷壁管泄漏的一个间接原因占10.79%，这几种因素合计引起的泄漏次数所占比例高达65.23%，在实际运行中应给予较多的关注。
参考文献：
[1]王大福．锅炉水冷壁爆管泄漏原因分析.2019.
[2]钱继斌．浅谈大数据分析的电厂锅炉水冷壁失效研究.2020.