广州市旺隆热电有限公司 广东广州 511340
摘要：水冷壁是火力发电厂的关键设备，水冷壁泄露严重威胁电厂的经济、安全运行，运行中导致水冷壁泄露的因素有很多，本文就旺隆热电有限公司水冷壁泄露进行发析。
关键词：锅炉；水冷壁管；焊缝凸环；爆管
广州市旺隆热电有限公司#2锅炉型号为DG420/9.8-II,水冷壁采用膜式加扁钢形式, 钢材为20G碳钢，运行约84000小时后一个月内接连发生两次水冷壁爆管,严重威胁锅炉的安全、经济运行。
#2号炉水冷壁两次爆管仅相差27天。第一次发生在2016年9月27日，爆管为炉后侧从B侧数第22根，位置为第1层吹灰器的第1个吹灰口下方约0.6米处，离燃烧口约3米，爆口上部0.05米处存在一道厂家焊口。
1、宏观和测量
1.1宏观特征
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。
2、爆口部位存在明显鼓包和结渣，稍远离爆口外壁未见明显结渣。
3、爆口对应的内壁局部存在较厚的红褐色垢层，稍远离爆口内壁未见明显垢层；另外爆口附近内壁的焊口存在焊缝根部凸出，最高1.5mm。
1.2测量检查
1、在爆口部位存在因局部鼓包胀粗情况，其他部位的外径未见胀粗，爆口部位胀粗6.30%。
2、在爆口部位存在明显壁厚减薄，其他部位的壁厚未见减薄，爆口部位减薄20.8%。
2、金属强度及金相分析
2.1属强度分析
1、爆口部位的硬度明显较低，为110HV，已低于DL/T 438规定的下限值111HV，其他部位的硬度值符合标准的规定。
2、管样的塑性延伸强度、抗拉强度和断后伸长率符合GB 5310对20G新管的规定，向火侧的各项拉伸性能指标均略低于其背火侧。
2.2金属金相分析
1、爆口部位向火侧外壁存在氧化皮略厚，最厚为0.2mm；远离爆口部位向火侧外壁氧化皮较薄，为0.1mm。
2、爆口部位向火侧内壁存在较厚垢层，最厚为1.0mm，垢层中可见大量的亮黄色Cu颗粒；远离爆口部位向火侧内壁垢层较薄。
3、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。
3、外壁氧化皮和内壁垢样分析
管样向火面内壁垢量为332.0g/m2，垢层呈暗红色，清洗后有明显点状的腐蚀坑。对外壁氧化皮和内壁垢层能谱成分分析发现：
1、管样外壁氧化皮主要元素为Fe和O，还均存在少量腐蚀性元素S及Ca、Si、Al。
2、管样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%。
4、爆管原因分析
1、管样的化学成分、除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。
2、管样爆口部位内壁垢层存在Cu、Ca、O、Mg元素，可知凝汽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。经查历史数据，我厂今年来炉水Cu含量一直在标准值（5微克）以下，其他化验数据如PH、Ca、Mg的含量也在正常范围，未出现长时间超标现象，但投产以来低压加热器曾发生过数次泄漏，水冷壁的析铜可能发生在泄漏运行的时间段，虽然凝汽器铜管未发现有泄漏现象，但不排除部分铜管有腐蚀和冲刷。
3、在爆管管子附近一共割取了九根异常的管样，综合所割取的管样， 这一屏水冷壁管原厂焊口均在C角喷燃器口上方3米附近，即炉膛高负荷区域，且焊口均存在明显的焊缝凸环，在焊缝凸环向火侧亦都发现有积垢，管外有焦渣附着，其余管段或没有焊口处均未发现有积垢或其他异常现象，说明焊缝凸环引发水冷壁管内积垢。
4、爆口向火侧垢量达到332.0g/m2,爆口出现氧化皮且厚度为0.2mm，可知该管壁局部有结垢导致过热现象。
综上可知，此次爆管类型为管内积垢导致局部管壁长期过热，而水冷壁焊缝形成凸环是诱因。此次爆管产生机理为：水冷壁焊缝凸环降低了该部位附近工质的流速，并在该部位形成涡流，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，Cu2+在水冷壁上的沉积对水冷壁管内壁的保护膜产生破坏作用，导致水冷壁管内壁出现点蚀。随着机组的长期运行，该部位的垢层不断增厚和有效钢材的不断减薄，垢层的传热仅为正常水冷壁钢材的1/200甚至更低，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（460℃），就会引起水冷壁管局部长时过热，使管材各项性能持续下降，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。
5、防范措施
1、加强机组汽、水的化学监督检验工作，及时发现和处理汽、水质异常。
2、停机检修时抽查水冷壁焊口及各联箱、弯头，发现异常及时处理，特别是高负荷区域有焊口部位的附近管段和弯头管段。
3、长时间停炉时，采取停炉过程中加药使水冷壁形成保护膜和停炉后烘干保养的方式，并严格执行烘干措施，防止管内积水产生腐蚀。
4、机组检修时做动力场试验，防止火焰产生偏斜，导致部分水冷壁热负荷过高。
5、正常运行保持合适的风量、风速，避免低氧运行，防止水冷壁附近出现还原性气氛。
6、加强运行监视，发现加热器或凝汽器有泄漏现象，及时处理。
参考文献：
[1]彭国达.锅炉水冷壁爆管分析[Ｊ].理化检验－物理分册.2003.39（11）：584－589
[2]吴非文.火力发电厂高温金属运行[Ｍ].北京：水利电力出版社.1979.
论文作者:刘岸青
论文发表刊物:《基层建设》2017年4期
论文发表时间:2017/5/25
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