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锅炉四管爆漏的原因分析
综述 锅炉“四管”爆漏的原因包括制造、安装、运行、维护、管理等多方面，现在对于锅炉“四管”爆漏的技术原因分类尚没有统一的标准，按照华中电管局的报表记录，其主要的技术原因分类分为过热、腐蚀疲劳、材质不良、磨损、异种金属焊接、应力腐蚀、高温腐蚀、低温腐蚀、氢腐蚀、氧腐蚀、硫腐蚀、热疲劳和质量控制失误等。绪论中对爆漏的失效机理做了描述，在这一章中具体分析爆漏的原因[7]。
1）.过热
受热面过热后，金属温度超过允许极限温度，内部组织发生变化，许应力降低，在管内压力下产生塑性变形，最后导致超温爆管。由于过热器和再热器是锅炉承压受热面中工质温度和金属温度最高的部件，而汽侧换热效果又相对较差，所以过热现象多出现在这两个受热面中。过热分为长时过热和短时过热。由于管子长期超温而发生蠕变破裂的现象称为长时过热爆管。在这种高温长时间作用下钢的老化过程加快，钢的热强性降低，同时钢的蠕变破坏过程加快，使得管子失效。长时过热爆管一般发生在高温过热器管出口段的外圈向火侧，过热器管子爆管事故大多是长时过热爆管。水冷壁、凝渣管、省煤器管，偶然也发生这类爆管。长时过热爆管的过程可以短至数十小时，也可以长达数十小时，甚至数万小时，这主要取决于管壁超温幅度及所承受的应力大小[8]。
锅炉受热面管子在运行中由于冷却条件的恶化，使部分管壁温度段时间内突然上升，温度可达钢的下临界点Ac1甚至上临界点AC3以上。在这样高的温度下，管子的向火侧产生塑性变形、管径胀粗、管壁减薄，产生动态再结晶型蠕变断裂而爆管。管子爆破时管内介质对高温的管壁产生激冷作用，使破口处金属出现相变或不完全相变的组织。这种类型的管子爆破事故成为短时过热爆管。短时过热爆管大多发生在中、高压锅炉的水冷壁上。锅炉运行不正常时，高压锅炉的辐射或半辐射式过热器管(如屏式过热器管)或省煤器管有时也发生。短时过热爆管发生的部位，一般都是锅炉内直接与火焰接触的热负荷最高的地方，特别是水冷壁燃烧带附近及燃烧器附近。
2.腐蚀疲劳
金属在交变应力(或循环应力)和腐蚀介质的联合作用下所引起的破坏，称腐蚀疲劳。锅炉受热面管子的某些部位在经过多次反复循环的加热和冷却而产生交变热应力。在这种热应力作用下产生低周疲劳，形成了热疲劳裂纹，最后导致管子的破裂。形成这种裂纹的应力循环次数一般较少，约在100()次以下。锅炉受热面管子同时又在腐蚀介质的长期作用下。锅炉受热面管子的热疲劳裂纹的发生，扩展都发生明显的腐蚀，所以称为腐蚀性热疲劳损坏。锅炉受热面管子发生汽水分层、汽塞，过热器管带水，减温器等由于温度的波动而产生热应力循环，很容易发生腐蚀疲劳裂纹[9]。
3.材质不良
锅炉在制造、安装和检修中，不慎错用钢材、使用了性能不合格的钢材或有缺陷的钢管，运行中引起受热面管子爆管。
4.磨损
燃煤锅炉末部受热面飞灰磨损是影响长期安全运行的主要原因。烟气携带灰粒和未燃尽颗粒高速通过受热面时，使管壁磨损变薄。烟速越高，颗粒越粗、越硬，对管壁的撞击力就越大;烟气携带的灰粒越多(飞灰浓度越大)，撞击的次数就越多。结果都将加速受热面的磨损。长时间受磨损而变薄的管壁，由于强度降低和容易造成管子泄露。磨损爆管有明显的宏观特征，管壁减薄，外表面光滑。磨损泄露，可从两侧烟温偏差和声响来发现，如不及时处理，将会扩大事态。
5.异种金属焊接
由于焊接接头处因两种金属蠕变强度不匹配，使异种金属焊接界面断裂失效;此类爆漏常发生在过热器出口两种金属的焊接接头处，当焊接的蠕变强度相当于其中一种金属的蠕变强度时，断裂发生在另一种金属的焊接界面上。
6.应力腐蚀
应力腐蚀是指金属和合金在腐蚀介质和拉应力的同时作用下引起的金属破裂。应力腐蚀的特征是形成腐蚀——机械裂缝，这种裂缝不仅可以沿着晶界发展，而且也可以穿过晶粒。由于裂缝向金属内部发展，使金属结构的机械强度大大降低，严重时能使金属设备突然损坏。如果该设备是在高压条件下工作，将可能造成严重的爆炸事故。常见的应力腐蚀破裂的例子有:蒸汽锅炉钢的“碱脆”，黄铜的“季裂”，高强度铝合金的晶间腐蚀破裂，不锈钢的应力腐蚀裂开等。“碳钢一一环境”体系引起应力腐蚀的特定组合较多，由“碳钢一一OH"溶液”和“碳钢——N03溶液”二种体系引起应力腐蚀是最常见的。锅炉汽包等设备的铆接或胀接缝隙处，管子焊接后的未焊合缝隙等常发生碱脆。水冷壁管内壁附着物下炉水可以不断浓缩，最终也可能引起应力腐蚀。在这些部位由于介质的不断浓缩，产生高浓度的碱溶液，在钢材处于一定的应力条件下即导致碱脆。钢中含碳量低于0.20 % - 0.30%时容易发生应力腐蚀破裂。锅炉炉水中含有游离的NaOH。，低于这在发生局部浓缩的部位，使之达到危险的浓度。据研究，NaOH的危险浓度下限为5%-10%。低于这个浓度不会发生腐蚀。这种危险浓度随着温度升高而下降[11]。
7.高温腐蚀
过热器(再热器)的高温腐蚀分为蒸汽侧腐蚀和烟气侧腐蚀。过热器管内部腐蚀和外部腐蚀的结果，使管壁减薄，应力增大，以致引起管子产生蠕变，使管径胀粗，管壁更薄，最后导致应力损坏而爆管。
8.低温腐蚀
热水锅炉低温腐蚀，是指烟气中的硫酸蒸汽冲刷锅炉尾部受热面时，当热水锅炉进水温度低于烟气露点温度时，使烟气中的硫酸蒸汽在受热面上凝结所造成的硫酸腐蚀。这种腐蚀常在热水锅炉处于低负荷运行时产生。腐蚀的部位多发生在钢管省煤器及对流管束后部。产生低温腐蚀的有害物质是烟气中的硫酸蒸汽。它来源于燃料中可燃硫的燃烧和转化，烟气中的硫酸蒸汽固然是低温腐蚀的物质因素，但它仅是低温腐蚀的潜在危险。如果热水锅炉进水温度适当，使受热表面的温度大于烟气露点温度，即可消除硫酸蒸汽凝结成硫酸的生成条件。其爆管特征为受热层发生溃外电性大面积腐蚀。
9.氢腐蚀
锅炉受热面管子中，当管壁温度过高、管内产生汽水分层或蒸汽停滞时，蒸汽和温度高于400℃的钢管接触发生反应产生氢。由于产生的氢不能很快被汽水混合物带走，因而发生氢腐蚀。氢腐蚀严重时，因反应生产的甲烷导致产生大量的晶界微裂纹，使钢的强度和塑性大幅度降低，从而引起爆管。氢腐蚀损伤常常发生在水循环故障的水冷壁管，破口不规则，边缘有棱角，无塑性变形，外表面无裂纹，断口壁厚不变，氢腐蚀由内向外扩展，破口处的铁素体和珠光体呈黑色条状氢腐蚀晶间裂纹，珠光体严重脱碳[12]。
10.氧腐蚀
锅炉的给水管路及省煤器管路等，由于给水中带入的溶解氧的腐蚀引起管子损坏。火力发电厂虽然有除氧设备，但由于各种因素影响，并不能完全从给水中除去氧，在除氧器运行不正常时，进入给水中的氧会更多。随着给水流程、水中的溶解氧腐蚀管子后逐渐被消耗，因此给水管的腐蚀比省煤器更严重，省煤器进口段又比出口段严重。
11.硫腐蚀
对于硫腐蚀的情况，目前所采取的防治方法为:供给燃烧器所必须的空气，防止炉膛局部水冷壁区域产生还原性气氛，可采用加装贴墙风装置，即可以预防水冷壁附近产还原性气氛，又由于增加了射流的刚度，可以避免火焰气流刷墙;必须增加煤粉和空气在燃烧器内分布的均匀性，同时使单只燃烧器的过量空气系数不小于1;组织好炉内空气动力工况，防止切圆过大，产生气流刷墙:组织好煤仓的稳定工作，均匀供给燃烧器燃料。
12.质量控制失误
质量控制失误指制造、安装、运行中由于外界失误等因素所造成的损坏。
表2-1“四管”主要失效方式和典型失效位置 （1）水冷壁管
可采取的预防措施
针对“四管”爆漏情况，目前有以下几种预防措施[13]:
1)传统的防磨防腐方法有增设保护带、使用护瓦、堆焊和使用高铬合金作外层的复合管，但其成本过高;
2)热喷涂技术:热喷涂即将固体线材或粉末熔化成微颗粒以高速喷到材料表面，形成层状堆积从而达到改善材料表面性能的目的。热喷涂主要分为等离子喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂、爆炸喷涂以及激光高速氧燃料喷涂、低压气体等离子流及弧光喷涂。还有同时使用2种热源的复合喷涂技术，例如激光等离子复合喷涂、RF等离子——DC弧光等离子复合喷涂，利用等离子驱动气体或空气与液体微粒之间发生化学反应进行喷涂的反应喷涂法((CFPD)也正在开发当中；
3)渗铝和渗铬技术的应用
4)“四管”爆漏的在线检测方法:为了早期发现锅炉轻微泄漏，避免非计划停炉，避免锅炉泄漏不能及时发现或检查不彻底造成的起炉之后再停炉，电站工作者研制出了锅炉“四管”泄漏在线监测系统。该仪器可以对锅炉轻微泄漏提前报警，比人工巡检可以提前3天到11天以上，根据监测的结果，为领导及时合理安排停炉时间，减少事故扩大造成的损失，制定状态维修策略，减少非计划停炉时间提高机组等效系数，发挥了重要作用。
5)利用信息管理系统进行统计分析，利用分析的结果进行锅炉“四管”运行状态的预测和爆漏趋势分析[14]。
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