自然循环锅炉汽包密封面失效原因分析与对策

摘 要：介绍了自然循环锅炉汽包的重要性，重点对自然循环锅炉汽包密封面漏泄原因进行了系统和全面的研究，并结合发电一分厂热力站三号锅炉汽包人孔门漏泄事件进行了案例分析。最后，根据分析提出了漏泄治理对策，为整治和杜绝自然循环锅炉汽包人孔门漏泄问题提供了具体的办法和措施。

关键词：锅炉;自然循环;汽包;漏泄;密封面;人孔门

中图分类号：TH49    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2022）12-0059-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.12.016

0    引言

酒钢宏晟电热公司热力分公司现有3台蒸发量为220 t/h的燃煤锅炉，采用江西江联能源环保股份有限公司产品——高温高压、自然循环、四角切圆燃烧、平衡通风、固态排渣、紧身封闭、全钢构架、全悬吊结构、管式空气预热器、？装型布置的汽包煤粉锅炉（掺烧10%高炉煤气）。该锅炉为JG-220/9.8-M型自然循环锅炉，汽包设计压力为11.76 MPa，汽包内介质温度为324 ℃，材质为优质碳素钢制造。汽包是自然循环锅炉中最重要的受压元件之一，体积大、壁厚，它与上升管和下降管相连接，是锅炉水循环的中枢。

汽包结构由筒身和封头及内部装置等组成，筒身部分是由钢板卷焊而成的圆筒，封头是由钢板模压而成的，经加工后再与筒身部分焊成一体，通常在封头上留有椭圆形或圆形人孔，以备安装和检修之用[1]。人孔门密封常采用内置式平面静密封的方式，在实际运行期间经常出现因人孔门密封不严而造成锅炉被迫停运的事件。

2015年10月13日，热力站三号锅炉按计划正常启动，06：20点火启动成功，08：30锅炉运行岗位人员发现热力站三号锅炉汽包甲侧人孔门处有漏水现象，此时热力站三号锅炉的运行参数为：汽包压力0.7 MPa，主汽温度230 ℃。08：50，锅炉检修人员现场确认完毕，漏泄点为热力站三号锅炉汽包甲侧人孔门密封处，要求运行人员将汽包压力降至0.5 MPa以下运行。10：10，锅炉检修人员热紧汽包乙侧人孔门螺栓后漏泄量无变化，现场锅炉专业管理技术人员分析确认该人孔門的密封垫损坏，需放水后更换。11：00，热力站三号炉停炉，自然降温降压。2015年10月14日12：30，热力站三号锅炉汽包人孔门检修完毕，具备锅炉启动条件。

1    原因分析

汽包人孔门是进入汽包检查与检修的通道，当汽包内部检修结束后，就要封闭人孔门[2]。人孔门密封的严密与否直接影响锅炉的上水与锅炉安全运行，因此人孔门的密封也是一项重要的工作内容。现对导致汽包人孔门密封面漏泄的常见因素进行分析。

1.1    汽包密封垫使用不当

（1）汽包人孔门密封垫是保证汽包人孔门密封严密的关键备件。应选用压力和温度等级大于汽包工作压力和温度的汽包密封垫，严禁使用低等级密封垫，否则在锅炉打压或启动过程中，随着锅炉汽包内部温度和压力的升高，低等级汽包密封垫会逐步失效，最终导致汽包人孔门漏泄，致使锅炉被迫停运检修。

（2）选用的汽包密封垫存在缺陷，如垫片工作面存在划痕、凹凸、开裂及分层等，随着汽包压力和温度的不断升高，上述缺陷就会成为密封面的薄弱点，最终造成锅炉在启动中或运行期间汽包人孔门漏泄，锅炉被迫停运检修。

（3）选用的汽包密封垫厚度偏差较大，起不到密封作用。此类问题存在两种情况，一是密封垫片过薄，汽包密封后没有足够的压缩量，起不到密封效果;二是密封垫片过厚，汽包人孔门密封面与汽包本体密封面无法形成凹凸密封，同样起不到密封效果。上述两种情况在锅炉打压或启动过程中会直接导致人孔门漏泄，锅炉被迫停运。

1.2    汽包人孔门检修不当

（1）密封垫安装不当导致人孔门漏泄。由于汽包人孔门属于内开式密封，在封闭人孔门时汽包人孔门密封面比较光滑，密封垫无法固定，经常出现密封垫偏斜，密封垫不在有效的密封范围内，或有效密封不能满足需求等问题，最终造成汽包人孔门漏泄。

（2）汽包人孔门密封面两侧光洁度不足，存在麻点、凹坑、机械硬伤等缺陷，检修过程中未得到有效处理，人孔门回装后导致密封面漏泄。汽包端面图如图1所示。

（3）汽包人孔门螺栓紧力不足，导致密封面漏泄。此问题存在两方面因素：一个因素是汽包螺栓自身紧力不足，锅炉启动升压期间未按照压力在0.2～0.5 MPa对汽包人孔门螺栓进行热紧处理;另一个因素是汽包螺栓丝扣与汽包人孔底扣螺纹间隙较大，在锅炉启动过程中因螺栓热膨胀造成螺纹间隙再次放大，螺纹底扣与螺栓紧力不足造成螺栓脱扣，导致汽包人孔门无预紧力，从而发生漏泄。

1.3    汽包人孔门密封垫未及时更换

汽包人孔门密封属于静密封，在汽包螺栓紧力的作用下达到静密封效果[3]。在锅炉启动或停运期间，汽包筒壁温度与人孔门的温度总是存在偏差，温度的偏差最终会导致汽包壁与人孔门产生相对的位移。同时，汽包螺栓紧力作用会导致密封垫粘连在汽包壁或人孔门两侧，造成密封面受到轻微损伤。汽包密封垫如若未及时得到更换，在锅炉频繁启动或停运后，将导致密封面失效，最终造成汽包人孔门漏泄。

1.4    汽包运行中常见故障

接管座焊口渗漏、封头裂纹、人孔门衬垫损坏、人孔门螺栓锈蚀、汽包内部装置变化造成汽水流程短路、腐蚀、结垢、膨胀指示器失灵、汽水分离装置松脱移位、水渣积聚、加药管堵塞、保温脱落等。

2    实例分析

热力站于2012年建成投产，配套建设3台蒸发量为220 t/h的燃煤锅炉，主要用于提供高炉汽动鼓风机日常生产运行用汽和集团公司常用高温高压蒸汽。热力站锅炉按照公司规定每三年进行一次设备大修，对锅炉所有主辅设备进行全面解体、定期检查、清扫、测量、调整和修理，消除设备和系统的缺陷和隐患。

热力站锅炉汽包在大修中的检修项目有：检查和清理汽包内部的腐蚀和结垢;检查汽水分离器等装置的严密性，拆下汽水分离器进行清洗和修理;检查和清理水位计连通管、压力表接头和加药管;检查清理活动吊架，测量汽包倾斜和弯曲;核验水位计指示的准确性;根据金属监督的安排，拆保温层，检查环焊缝、纵焊缝、集中下降管焊缝、人孔加强圈焊缝等。锅炉汽包上述检修项目属于标准项目，未经公司许可不得删减任何项目内容，目的是保证锅炉汽包内蒸汽均匀流动，减少气泡的产生，改善汽包汽水分离效果，提高汽水循环的安全可靠性。

热力站三号锅炉最近一次年修于2013年10月进行，最近一次停炉消缺是在2015年4月，最近一次消缺没有汽包检修项目。查阅近两年岗位日志，热力站3台锅炉因配合高炉休风、生产运行方式倒运及设备故障停运等因素，一号锅炉两年内停运3次，二号锅炉停运5次，三號锅炉停运7次。截至2015年10月，三号锅炉在一年度内启停操作共计5次。热力站锅炉运行启停统计如图2所示。锅炉启停冷热膨胀容易造成汽包壁与人孔门产生相对位移，同时汽包螺栓紧力作用会导致密封垫粘连在汽包壁或人孔门两侧，在多次冷热膨胀后被粘连的密封面会发生轻微损伤。10月13日，锅炉点火运行过程中密封面失效导致汽包密封面漏泄，是造成热力站三号锅炉汽包人孔门漏泄的原因之一。

热力站汽包密封垫原本应使用1.5～2.0 mm厚度的密封垫，此次在热力站三号锅炉人孔门解体过程中确认热力站三号锅炉安装时使用了4.0 mm密封垫。密封垫厚度使用不符合要求是导致热力站三号锅炉汽包人孔门漏泄的另一个原因。

在此次汽包漏泄处理过程中，检查发现汽包人孔门底扣螺纹已有明显磨损和锈蚀。同时，汽包螺栓原始安装深度不足，仅有3～4扣，导致螺纹与螺栓配合存在紧力不足的现象。

综上所述，锅炉频繁启动后密封垫未及时更换，原有密封垫厚度不满足要求，汽包人孔门螺栓紧力不足，在多方因素作用下最终导致漏泄的发生。

3    人孔门漏泄治理措施

（1）汽包人孔门密封垫是保证汽包人孔门密封严密的关键备件，应选用合格且压力及温度等级均高于汽包的高强石棉板或缠绕垫片。密封垫使用前应检查密封垫平整、光滑，无划痕和沟痕;垫片内外尺寸符合汽包人孔门密封要求，垫片有效密封宽度应不少于20 mm。使用的密封垫片厚度应在1.5～2.0 mm，不能太厚也不能太薄，满足密封压缩量即可。

（2）汽包人孔门回装过程应严格遵守《火力发电厂锅炉机组检修导则》，检修时应重点检查人孔门，门盖应开关灵活，无卡涩;人孔门结合面应完整和平整，门框和门盖无裂纹，无麻点、凹坑、机械硬伤，出现上述缺陷应及时处理和恢复。

（3）检修人员进入锅筒前应清点和检查须带入锅筒内进行检修的工具及专用的工作服。打开人孔门前确认锅筒内无剩余压力，打开后应装上临时人孔门，检修人员离开锅筒后应立即关闭临时人孔门，并上锁和贴上专用封条。在锅筒内使用的电气设备应符合要求。筒体下半部的可见管管口应有牢固的临时封堵装置，并检查预留的固定封堵网罩。

（4）汽水分离装置应严密完整，分离器无松动和倾斜，接口应保持平整和严密，分离器上的销子和紧固螺母无松动、脱落，各管座孔及水位计、压力表的连通管保持畅通，内壁无污垢堆积或堵塞，溢水门坎水平误差不得超过0.5 mm/m，全长水平误差最大不得超过4 mm，锅筒内壁、内部装置和附件的表面须光洁，清洗孔板和均流孔板的孔眼无堵塞。

（5）检查锅筒内外壁的纵缝和环缝、人孔门加强圈和预埋构件焊缝;检查集中下降管、分散下降管和其他可见管管座角焊缝。

（6）每次打开汽包人孔门后，应对人孔门螺栓及底扣螺纹进行测量和检查，螺纹应无磨损和腐蚀，满足螺栓紧力要求。锅炉启动期间应在汽包压力升至0.3～0.5 MPa时再热紧一次人孔门螺栓。

（7）汽包人孔门密封垫的回装应安排经验丰富的检修人员进行，作业过程中首先确认密封垫与人孔门有效密封区域完全吻合，并进行螺栓预紧，预紧后要测量人孔门各部间隙均匀，密封垫无偏斜，确认无误后再次均匀紧固人孔门螺栓，直至达到紧力要求。

（8）针对频繁启停的锅炉，应结合锅炉启停次数，定期安排汽包人孔门垫片更换工作。有条件的电厂可缩短汽包人孔门垫片更换周期，一般情况下3年更换一次，启动和停运频繁的锅炉可适当缩短至2年。

4    结语

火力发电厂的生产过程就是一个能量转换的过程，其中锅炉就是一个特种压力容器，同时也是火力发电厂三大主设备中的重要设备，锅炉是否能够安全稳定运行直接关系到电厂生产经营的各个方面。汽包作为自然循环锅炉最重要的受压元件之一，其严密性直接关系到锅炉整体运行安全。电厂检修人员应重视汽包日常点检及检修工作，在锅炉停运期间做好汽包人孔门密封性分析和保障措施，切实保证汽包人孔门的严密性，杜绝因汽包人孔门漏泄而造成非计划停炉事件。

[参考文献]

[1] 某钢厂自备电厂.锅炉设备运行使用维护规程[Z]，2020.

[2] 何佩鏊，赵仲琥，秦裕琨.煤粉燃烧器设计及运行[M].北京：机械工业出版社，1986.

[3] 西安电力学校.火力发电厂高压锅炉设备及运行[M].北京：水利电力出版社，1978.

收稿日期：2022-03-16

作者简介：任雪鹏（1977—），男，甘肃嘉峪关人，工程师，主要从事设备检修及管理工作。