130 t/h 燃气锅炉水冷壁泄漏的原因分析及对策

刘俊明，李喜青，魏新胜，段伦波

（莱芜钢铁股份有限公司能源动力厂，山东莱芜，271104）

【摘 要】水冷壁泄漏造成锅炉非计划停炉。莱钢能源动力厂型钢锅炉水冷壁泄漏原因有焊接质量、自由膨胀受阻及燃烧器附近热强度偏高。提出了相应的解决措施，并对水冷壁的防泄漏发展趋势进行了展望。

【关键词】水冷壁；泄漏；焊接质量；自由膨胀；热强度

1 引言

水冷壁是锅炉的重要承压部件之一，水冷壁泄漏造成停炉约占锅炉非计划停炉的 25%左右，对锅炉的安全经济运行影响很大。认真做好防止锅炉水冷壁泄漏工作，对减少机组非计划停运次数和提高设备健康水平是十分关键的。

2 水冷壁泄漏的原因分析

水冷壁泄漏的原因有很多，涉及到设计、制造、安装、运行、检修、燃料、管理等诸多方面，并相互影响，因此水冷壁泄漏往往不是由单一原因引起的，而是几个因素同时存在并相互作用的结果。

根据统计，自 2005 年至今，莱钢能源动力厂型钢锅炉车间 3 台锅炉自投运以来，共发生水冷壁泄漏 10 余次，分析主要原因有：焊缝质量问题 3 次、水冷壁自由膨胀受阻 4 次、燃烧器喷口附近热强度偏高 4 次。具体分析如下：

（1）焊缝质量问题

通过分析，我车间水冷壁常见的焊缝质量问题有：焊缝裂纹、焊口产生气孔、夹渣等。引起上述问题的主要原因：焊接参数选择不当；焊接人员操作失误、实践经验欠缺等使母材和焊丝在融合过程中出现偏差，导致水冷壁经过长时间热应力作用后，出现裂纹造成泄漏。

（2）水冷壁自由膨胀受阻

水冷壁在冷热态工况下温差大，单管长度长，管排密集，受热后的膨胀问题，直接关系到锅炉设备稳定安全运行。

该锅炉水冷壁材质为 20 g，每米长度每升高 100 ℃时的膨胀量平均为 1.2 mm。在正常运行过程中，水冷壁管内温度约为 300 ℃，高度约 20 m,运行过程中水冷壁管向下的膨胀量接近 70~80mm。在锅炉设备安装时,部分水冷壁管因临时固定的需要，与炉墙护板焊接在一起，安装结束后未能及时拆分，由于膨胀系数不一，导致膨胀过程中产生的拉应力在焊接点附近集中，达到一定程度或锅炉负荷大幅度增减时，水冷壁管达到疲劳极限，产生泄漏。

（3）燃烧器喷口附近热强度偏高

3 台燃气锅炉汽水循环均采用自然循环模式，利用密度差产生推动力，使给水从汽包沿集中下降管向下流动，而受热的汽水混合物沿水冷壁管向上流动，形成水的自然循环。由于钢铁企业的生产特点决定了锅炉负荷波动频繁，煤气质量时好时坏也影响了汽水循环的稳定性，加之运行人员调整不及时，造成配风不合理、热负荷过分集中、火焰偏斜、燃烧中心不合适、烟温偏差等问题，导致受热面尤其是燃烧器喷口附近水冷壁超温，局部水循环破坏，引起短时或长时间过热，应力聚积到一定程度时即发生水冷壁泄漏事故。

3 水冷壁泄漏的预防措施

3.1 是提高焊接水平，减小焊接缺陷，强化焊接检查

充分利用大、小修对水冷壁进行宏观检查，包括高温腐蚀、胀粗、焊接状态等情况，对热负荷较集中部分（燃烧器喷口等）采取割管检查和化学分析，对易磨损部位进行测厚检查，必要时进行金相分析。对已出现泄漏的部位重新焊接后进行无损探伤，确保焊接质量。

3.2 消除影响自由膨胀因素

通过查阅安装图纸，现场扒拆部分炉墙查找等方式对水冷壁存在的焊接固定点进行检查，对查出的缺陷立即按照安装要求对水冷壁和护板进行保护性拆分，恢复自由膨胀系数，减少水冷壁泄漏的发生。

3.3 规范运行操作调整，提高炉膛燃烧技术指标

规范操作和合理控制，是锅炉稳定运行的核心。在锅炉运行中必须严格遵守操作规程。尤其是锅炉机组上水、放水，启动、停止，变负荷等操作，必须严格考虑具体的系统结构特点，不能超限，否则必然会产生巨大的应力，导致水冷壁应力集中部位出现泄漏。

同时，运行人员应该精心组织燃烧，防止出现配风不合理、热负荷过分集中、火焰偏斜、燃烧中心不合适、烟温偏差等问题，导致高温腐蚀、受热面超温等问题，从而达到真正提高锅炉控制水平，预防水冷壁泄漏事故的发生。

3.4 前沿措施展望

近年来，针对锅炉水冷壁泄漏问题，一些研究机构从新型材料和信息技术方面入手，研究出一些新型的防漏技术成果。通过现场应用，取得了一定效果。

在新机组的设计安装过程中，可以根据具体情况适当加以应用。

3.4.1采用在水冷壁管子壁面金属中预埋热电偶的

方法，能够测得不同高度的管子壁面金属的真实温度，并且可以长期运行，为运行人员的操作提供了准确、可靠的依据，从而有效防止了水冷壁壁温的超温运行现象。

3.4.2 将水冷壁管子表面通过喷砂处理，去除表面

的灰垢和氧化层，使表面呈现金属光泽且为麻面效果，通过电弧将 NiW 合金或 NiCr 合金熔化后，利用压缩空气喷焊在管子表面，形成管子表面的合金预保护层，用以抵抗高温腐蚀，降低水冷壁泄漏的作用。

3.4.3 在水冷壁管表面实施热浸铝技术，管壁表面

形成连续致密的氧化铝涂层，中层是厚度为 0.1～0.24 mm 的铝铁合金层及渗铝固溶体，具有良好的抗腐蚀性能，其寿命比普通水冷壁管提高 4 倍以上，达到防止水冷壁高温腐蚀的目的。

4 结论

锅炉水冷壁，由于温度、压力水平高，受热面积大并且并联管子多，很容易发生流量偏差和吸热偏差，引起泄漏事故。这些事故一部分属于设计问题，但也有一部分属于锅炉运行不当造成的。如果在锅炉的设计、安装过程中严格遵循设计规范和安装标准，在锅炉投入运行后，运行人员严格遵循操作规程，及时发现机组存在的隐患，并用科学的头脑去分析问题，找到合理的解决对策，水冷壁管的泄漏次数将会大大降低，机组的安全经济性也会大大提高。

[参 考 文 献]

[1] 奚士光,吴味隆等.锅炉及锅炉房设备[M].北京:中国建筑出版社,1995.

[2]山西省电力工业局编.锅炉设备运行[M].北京:中国电力出版社,1998.