摘要：对某电厂超临界锅炉后墙水冷壁泄漏原因进行分析，从爆管外观、硬度检测、金相检验等多方面对爆管原因进行了分析，针对爆管原因提出了针对性的治理措施，对同类型超临界锅炉泄露防范和机组安全稳定运行有参考价值。
关键词：超临界锅炉；水冷壁；爆管；预防措施
随着我国大容量、高参数火电机组的大量投产，因锅炉爆管引发的机组非计划性停机给发电企业带来一定的经济损失。据统计，燃煤企业约有６０％的非计划性停机都是由于锅炉爆管引起。所以锅炉爆管事故直接影响着发电企业的安全稳定运行和经济效益，降低锅炉爆管次数是降低发电企业非计划性停机、提高企业效益的有效措施。
一、爆管部位检查及试验分析
某厂#2锅炉为660MW燃煤汽轮发电空冷机组配套锅炉，为超临界变压运行、单炉膛、墙式切圆燃烧方式、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、兀型全钢悬吊结构燃煤直流锅炉。
1.宏观检查。#2锅炉投产后累计运行时间21000h，水冷壁爆管部位为锅炉后墙D层吹灰器DDl0右上方约3．5m、距#3角弯头焊口1．5m处。爆口标高45m，距右墙最上层燃烧器8m，右墙水冷壁中间集箱下方2．5m。图1为取自#2锅炉的水冷壁泄漏管段的爆口形貌，水冷壁规格为西38×7．3mm，材质为15CrMoG。经宏观检查，爆口位于管段向火侧，纵向开裂长度约100mm，爆口最大开口处宽约25ram，呈扁喇叭口状，断面较为粗糙。爆口边缘壁厚未见明显减薄。爆El及其附近管段外表面的向火侧氧化皮比较明显厚，且存在数条相互平行的轴向裂纹。
图1爆口宏观形貌
2.现场硬度检测。采用HT-1000A便携式里氏硬度计对泄漏管段不同位置进行现场硬度检测，硬度检测结果见表1。从检测结果可知，泄漏管段爆El处和近爆口（距离爆口0．5m处）的硬度为205HBLD，远高于DL／T 438--2016规定的正常值。爆口斜下方5m处和水冷壁中间集箱下方0．6m处的硬度在DL／T 438--2016规定的范围内，但水冷壁中间集箱下方0．6m处的硬度已接近下限值，处于较低水平。
表1现场硬度检测结果
3.金相组织检验。对泄漏管段不同位置进行现场金相组织检验。15CrMoG钢的金相组织为铁素体和珠光体，根据现场金相检验结果，爆口部位的金相组织为索氏体和少量贝氏体，距爆口0．5m处的金相组织为索氏体，由此可见爆口及爆口附近管段的金相组织为非正常组织，已发生球化。远离水冷壁爆口部位的中间集箱下部0．6m处的金相组织为铁素体和珠光体，珠光体中的碳化物已呈粒状分布，球化级别为4级。距爆口部位斜下方5m处管段的金相组织未见明显球化，仍为铁素体和珠光体，球化级别为2级。
二、分析与讨论
1.金相组织分析。根据GB 5310--2008的要求，锅炉用15CrMoG材质的水冷壁管的交货状态应为900～960℃正火+680～730℃回火，经上述热处理后15CrMoG的正常金相组织为铁素体和珠光体。通过对泄漏管段不同位置硬度检测和金相组织检验，可知爆口处和爆口附近0．5m处的金相组织异常，有索氏体和贝氏体出现，且硬度高于15CrMoG钢的正常硬度范围，可见泄露时由于爆口处温度较高，已超过15CrMoG的Ac1点，导致爆口处和爆口附近0．5m处的金相组织发生相变。在锅炉运行过程中，当管子局部温度低于15CrMoG钢的下临界点Ac1时，金相组织仍为铁素体和珠光体，无相变发生；而当管子出现超温，超过15CrMoG钢的下临界点Ac1时，金相组织中的部分珠光体和铁素体发生奥氏体化形成富碳奥氏体。超温导致管子许用应力降低而难以承受正常的工作压力发生爆管。爆口附近的金属在高速喷出介质的快速冷却作用下发生相变，使原高温下形成的部分富碳奥氏体转变成贝氏体组织。爆口及爆口上游管段金相组织中的贝氏体正是管子在超温爆管后的冷却过程中形成的。
2.现场割管检查分析。宏观检查发现水冷壁爆管管段向火面外壁明显发黑，具有较厚的氧化皮，爆口处壁厚未减薄及塑性变形不明显且断面较为粗糙，且爆口处有众多平行于爆口的轴向裂纹，这些现象都与长期超温的特征相吻合。金属表面氧化皮产生除需要较高的温度外，还需要较长的时间，由此推测此根管子在发生泄漏前存在长期超温，而管子表面的轴向裂纹也表明了管子有长期超温的特征。对爆口水冷壁管段割管进行内窥镜检查发现，管子对接焊缝存在明显内凸5ram，约占管子通流截面1／4，不符合（（火力发电厂焊接技术规程》（DL T 869--2012）焊缝表露缺陷根部凸出焊接接头允许范围之规定，查阅安装及检修记录发现该部位焊口为基建焊口，该管出口未安装壁温测点，运行过程中无法有效监视。水冷壁管子在运行时，管子内部安装时遗留的焊瘤导致管子通流截面减小、长期冷却不畅，造成管子长期超温，一旦管子内部汽流瞬间波动急剧时，从而导致管子爆裂失效。
三、预防水冷壁爆管的措施
1.设计过程。ａ．根据炉膛热负荷的分布，建议适当提高锅炉燃烧器区域水冷壁管鳍片的金属材料等级，提高抵抗热应力的水平。ｂ．适当增加锅炉高温区域的管道壁温测点和工质温度测点，以利于日常温度监测和应急管理。ｃ．在某特定区域，如水平烟道和水冷壁侧墙、折焰角等，建议在设计时就进一步考虑管屏间的膨胀关系，避免管屏间产生较大应力或发生拉裂现象。
2.安装过程。ａ．做好受热面及集箱内部的清理工作。所有受热面管排都要进行带压空气吹扫和通球试验，对地面组合管排，必须再次进行通球试验，并做好管口封堵。每个集箱需用内窥镜逐一检查，对于一时无法清理的，可单独进行酸洗处理，要注意清理钻孔底片。锅炉冲管结束后，要对部分关键的联箱手孔端盖进行割除检查，及时清理脱落的氧化皮等杂物。ｂ．严格控制管道焊接质量，加强焊材质量管理，制定并落实焊接工艺措施，做好焊口复查工作，及时消除焊接缺陷。ｃ．确保各管屏的膨胀间隙，严格控制管屏的安装质量。在按ＤＬ／Ｔ５２１０．２－２００９《电力建设工程质量验收及评价规程第２部分：锅炉机组》要求对受热面安装质量进行检验控制的同时，做好管屏鳍片未切割和开槽的检查确认工作，并对密封件的安装进行复查，注意留出相应的膨胀余量。ｄ．认真做好锅炉化学清洗和蒸汽吹扫等工作。化学清洗要全面，对清洗药品和工艺要进行严格控制，并做好酸洗后的管道保养工作。ｅ．鳍片管焊缝和管子焊缝应错开适当距离。
3.运行过程。ａ．防止水冷壁超温运行。运行人员应该精心组织燃烧，防止出现风速过高、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，要密切关注炉管泄漏检测装置的信号特征，结合运行参数和现场声音认真分析。特别是锅炉在低负荷运行或负荷变化大时，要严格控制炉管金属壁温，严禁锅炉
超温超压，确保锅炉安全稳定运行。要做好超温记录和原因分析，并制定防范措施。ｂ．强化日常检修工作。坚持锅炉逢停必查，利用临时检修和定期检修的机会，积极组织专业技术人员进行层层排查，发现问题及时处理。特别对锅炉水冷壁束腰、炉膛短吹、燃烧器附近区域等可能发生磨损、碰磨和腐蚀的部位，要重点检查，可考虑采取加装防磨装置、喷涂耐磨材料等方法，进行预防性检修。ｃ．防止管道内氧化皮的产生及脱落。要避免机组频繁启停、机组负荷频繁大幅度波动；机组启停时，要严格控制升温、升压速率，降低管子壁温梯度；要合理控制过热器减温水的使用量，注重采用煤水比和燃烧器摆动和调温挡板来调节蒸汽温度，避免工质参数剧烈变化导致氧化皮的产生和脱落。
通过对#2锅炉螺旋水冷壁爆口宏观检查、硬度检测和金相组织检验综合分析讨论可知：水冷壁爆管主要原因为长期超温过热。管子内部遗留的焊瘤减少管子通流截面，导致水冷壁管长期冷却不畅，造成管子长期超温。
参考文献：
[1]于亿．锅炉水冷壁爆管原因分析[J]电站系统工程，2015（5）：37-38．
[2]康健．600 MW超临界W型火焰锅炉水冷壁爆管原因分析[J]．长沙理工大学学报，2015（4）：86-92．
论文作者:张振华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/8
标签：金相论文; 水冷论文; 锅炉论文; 组织论文; 珠光体论文; 硬度论文; 机组论文; 《基层建设》2019年第18期论文;