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摘要：某电厂420t/h自燃循环煤粉锅炉炉后侧水冷壁相继两次发生爆管泄漏，从爆管特征和试验分析结果对水冷壁泄漏原因进行分析，并制定有针对性的防范措施。
关键词：自然循环；水冷壁；20G；爆管。
1 概述
某电厂2号炉为DG420/9.8-Ⅱ2型高温高压自然热循环煤粉炉、钢构架悬吊结构、单炉膛露天布置、平衡通风、四角切圆燃烧方式、固态排渣，于2005年10月投运。
该锅炉水冷壁由480根管组成，其中前后墙各127根，两侧墙各113根，规格为60×5mm，材料为20G。水冷壁管内工质设计温度为320℃，设计压力为11.5Mpa，运行压力约11.2MPa，运行温度约320℃。2016年9月和10月，2号炉炉后侧水冷壁相继两次发生爆管泄漏，两次爆管的水冷壁管子为机组投产以来未更换过的管子，运行时间约8.4万小时。
2 水冷壁爆管特征
2号炉第一次水冷壁爆管泄漏位置为炉后侧从B侧数第22根，为第1层吹灰器的第1个吹灰口下方垂直距离约0.6米处，离燃烧口垂直距离约3米，爆口处于厂家焊口下方5mm处。2号炉第二次水冷壁爆管泄漏位置为炉后侧从B侧数第15根，为第1层吹灰器的第1个吹灰口下方垂直距离约0.6米处，离燃烧口垂直距离约3米，爆口处于厂家焊口下方5mm处。
水冷壁两次发生爆管的外观类型相似，处于厂家焊口处，同在一个水冷壁标高上，管子内壁焊缝处向火侧都存在明显结垢。
根据试验分析结果，两次水冷壁爆管的基本特征如下：
（1）爆口位于管样向火侧纵向开口，爆口张开较小，纵向长13.0mm，宽1.5mm；爆口附近内壁的焊口存在焊缝根部凸出现象，最高1.5mm。
（2）爆口部位存在明显鼓包和外壁结渣，稍远离爆口外壁未见明显结渣；爆口部位外壁氧化皮金相截面最厚为0.2mm，其主要元素为Fe和O，还均存在少量腐蚀性元素S及Ca、Si、Al。
（3）爆口对应的内壁局部存在较厚的红褐色垢层，爆口部位内壁垢层金相截面最厚为1.0mm，垢层中可见大量的亮黄色Cu颗粒；内壁垢层主要元素为Fe和O，还存在Cu、P、Ca，其中Cu局部含量高达14.43%，P高达15.64%；稍远离爆口内壁未见明显垢层，其向火面内壁垢量为332g/m2，爆口部位垢层已明显超标（超过1000g/m2），已远超过DL/T794-2012《火力发电厂锅炉化学清洗导则》规定的需要化学清洗上限值（400 g/m2）。
（4）爆口部位的硬度已低于DL/T 438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》规定的下限值，其他部位的硬度值符合标准的规定；管样的规定塑性延伸强度、抗拉强度和断后伸长率符合标准的规定，管样向火侧的各项拉伸性能指标均略低于其背火侧。
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（5）爆口部位内外壁存在较多的沿壁厚方向发展的蠕变微裂纹和孔洞，显微组织中存在较多蠕变孔洞，珠光体球化5级；爆口部位背火侧及远离爆口向背或侧的金相组织为铁素体加珠光体，珠光体未见球化。
根据以上基本特征，判断2号炉水冷壁爆管类型为局部长期过热。
3水冷壁爆管原因分析
发生爆管位置管样的化学成分、爆口部位的维氏硬度、规定塑性延伸强度、抗拉强度、断后伸长率和显微组织符合相关标准的规定，可排除管子原材料因素。
管样爆口部位内壁垢层存在Ca、Mg元素，可知凝汽器或低压加热器铜管曾发生过泄漏，使未经处理的生水进入炉水系统；另外内壁垢层存在的P元素为炉水加药引入。
管样爆口附近内壁的焊口存在明显的焊缝根部凸出，会降低该部位工质的流速，在向火侧的较高壁温作用下该部位工质浓缩加剧，易使水冷壁内工质中的Cu、Ca等杂质颗粒沉积到该部位形成垢层，随着机组的长期运行，该部位的垢层不断增厚。
爆口部位垢量已明显超标，超过1000g/m2，已远超过DL/T794-2012《火力发电厂锅炉化学清洗导则》规定的需要化学清洗上限值（400g/m2），且按照标准规定，机组运行6～10年后，需安排进行化学清洗。水冷壁管向火侧内壁较厚垢层的导热系数较低，垢层使管内工质与管壁之间起着隔热作用，一方面管内工质难以从管外吸热，工质温度难以升高，另一方面管壁的热量难以被管内工质带走，使得传热恶化，从而导致该部位的管壁温度持续升高，当管壁温度升高至高于20G材料的最高使用温度后（430℃），就会引起水冷壁管局部长时过热，对管子长期运行下的性能产生以下三方面的影响：引起材料许用应力的下降、引起材料组织快速老化和机械性能快速劣化进而导致材料高温强度的持续下降、引起管道局部鼓包进而导致升高该部位的内压环向应力。当材料的高温强度低于内压环向应力后该区域发生失稳，导致局部鼓包变形直至爆管泄漏。
由上述分析可以知道，水冷壁管样的爆管类型为局部长期过热；引起管样局部长期过热的原因是向火侧内壁结垢严重（超过1000g/m2）、使其传热恶化，造成局部过热，最终导致爆管。
4防范措施
（1）机组检修或临停时加强凝汽器和低压加热器的查漏检查工作，防止未经处理的生水进入炉水系统。
（2）严格按照DL/T794-2012《火力发电厂锅炉化学清洗导则》标准规定，尽快开展锅炉化学清洗工作。
（3）按照DL/T794-2012《火力发电厂锅炉化学清洗导则》标准规定，机组检修期间，水冷壁的垢量检验应为水冷壁垢量最大处。化学专业应严格按照标准要求，在机组检修期间，对水冷壁管进行割管取样，取样点应处于热负荷最高区域处，取样管应为机组投产至今未进行过更换的管子，且带有安装焊口或厂家焊口。
（4）利用机组下次停机检修机会，对水冷壁热负荷高区域进行割管取样，取样点位于为A、B、C、D侧水冷壁中间段热负荷最高区域，分析焊缝处是否存在蠕变孔洞，若存在蠕变孔洞，则利用机组检修时机，对热负荷最高区域的焊缝进行全面更换处理。
论文作者:郑龙阔
论文发表刊物:《电力设备》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/9
标签：水冷论文; 内壁论文; 部位论文; 工质论文; 机组论文; 锅炉论文; 局部论文; 《电力设备》2018年第7期论文;