某電廠水冷壁爆管原因分析

供稿|黎軍保 / LI Jun-bao

某電廠使用上海某鍋爐廠生產的型號為SG-1139/25.4-M4401燃煤汽包鍋爐，為超臨界參數(shù)變壓直流爐——單爐膛，四角切圓燃燒，一次中間再熱，平衡通風，半露天布置，固態(tài)排渣，全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐。通過168 h試運行后水冷壁發(fā)生爆管。下部螺旋水冷壁材質為15CrMoG，規(guī)格為φ32 mm×5.5 mm。顯減薄，且有大量平行于爆口的小裂紋。經(jīng)擴大檢查發(fā)現(xiàn)，冷灰斗水冷壁前墻與右側墻夾角（#4角）標高8 m有三根水冷壁管有泄漏，見圖2，該處有三個獨立的泄漏口（圖中①、②、④所示位置）和一個泄漏區(qū)域（6個集中的泄漏口，圖中③的所示位置），各個區(qū)域相互吹損嚴重，且中間的一根與#3角標高28 m爆口管為同一根。

現(xiàn)場情況

#2鍋爐四管泄漏裝置報警，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)水冷壁#3角有異音。經(jīng)確認為#3角E層燃燒器上部約1.5 m螺旋水冷壁向火側爆管，標高約28 m，靠近觀察孔位置。停爐后檢查#3角標高約28 m水冷壁有一根爆管，另有三根吹損泄漏，有三根管子吹損減薄，形狀見圖1。圖1中，過熱爆口從一側向另一側撕開，鈍邊，表面發(fā)黑，爆口及附近明顯漲粗，壁厚無明

圖1 #3角標高28 m爆口管

圖2 #4角標高8 m泄漏爆管形貌

實驗檢測

宏觀檢測

對#4角標高8 m泄漏區(qū)域試樣進行了測厚和宏觀檢查。圖3中區(qū)域1有明顯減薄，測厚最薄約為1.6 mm。泄漏口①處靠近區(qū)域1，泄漏口邊緣很薄，附近光滑。區(qū)域2管子表面基本已成一個平面，壁厚減薄，有砸傷的痕跡。鰭片與管子焊接多處存在咬邊、焊縫不均勻等問題。

圖3 #4角標高8 m泄漏區(qū)域宏觀檢測

材質復核

水冷壁管標稱材質為15CrMoG。GB5310—2008“高壓鍋爐用無縫鋼管”要求，15CrMoG成分為：C：0.12～0.18，Si：0.17～0.37，Mn：0.40～0.70，Cr：0.80～1.10，Mo：0.40～0.55，P：不大于0.025，S：不大于0.015。使用合金分析儀對水冷壁管、焊縫、鰭片、爆口管等試樣進行了材質復核，所檢測元素成分與設計相符。

拉伸試驗

從距離#3角標高28 m爆口上游約500 mm取樣進行拉伸試驗。按照GB5310—2008要求，15CrMoG抗拉強度為：440～640 MPa。實際測量的抗拉強度分別為555 MPa、565 MPa、535 MPa，符合標準要求。

金相組織

在#3角爆管最大截面處、#3角爆管處上游約500 mm處、圖3中#4角泄漏口①處取樣進行金相檢查。

#3角爆口組織為:鐵素體+貝氏體，為超溫后的相變組織（15CrMoG相變溫度Ac1為745℃），見圖4；背火側組織為：鐵素體+珠光體，組織無異常，見圖5。

#3角爆管處上游約500 mm向火側組織為：鐵素體+珠光體，組織無異常，見圖6；背火側組織為：鐵素體+珠光體，組織無異常，見圖7。

圖4中#4角泄漏口①處向火側組織為：鐵素體+珠光體，組織無異常，見圖8；背火側組織為：鐵素體+珠光體，組織無異常，見圖9。

圖4 #3角爆口邊緣金相組織

圖5 #3角爆口背火側金相組織

圖6 #3角爆管處上游約500 mm向火側金相組織

圖7 #3角爆管處上游約500 mm背火側金相組織

圖8 #4角泄漏口①處向火側金相組織

圖9 #4角泄漏口①處背火側金相組織

原因分析

(1) #3角標高28 m水冷壁爆管為短期過熱爆管，造成該處爆管的原因是#4角冷灰斗水冷壁前墻與右側墻夾角處標高8 m的三根水冷壁管泄漏。因介質流失及泄壓的作用，使得泄漏位置上方的水冷壁管介質的流動出現(xiàn)流速減緩、停滯，水冷壁管基本失去介質冷卻，從而管壁急劇超溫，當溫度超過相變溫度（15CrMoG相變溫度Ac1為745℃）時，向火側金相組織發(fā)生轉變，管徑嚴重脹粗，迅速爆開。

(2) 圖3中區(qū)域1位置似磨損，廠內技術人員擴大檢查范圍，將#1角、#2角、#3角、#4角拐角區(qū)域全部測厚和宏觀檢查，結果表明其他類似部位未見減薄和明顯磨損，基本可排除區(qū)域1因磨損減薄而泄漏的可能。

(3) 由于圖2中泄漏處相互吹損嚴重，難以判斷第一泄漏點的具體位置以及泄漏的直接原因，造成泄漏的原因可能為：原材存在制造缺陷，如夾層、砂眼等；現(xiàn)場焊接不良產生缺陷，如裂紋、未融合、未焊透、夾雜、夾渣、氣孔、咬邊等；泄露區(qū)及附近鰭片上有孔洞（如吊裝孔未焊好、保溫棉固定板未焊好等）導致漏風，在該處產生旋流加速管子磨損。

結束語

造成水冷壁#3角標高28 m爆管的原因為：#4角冷灰斗水冷壁前墻與右側墻夾角標高8 m的三根水冷壁管泄漏，其上方的水冷壁管冷卻介質不足，在#3角標高28 m產生短時超溫爆管。#4角冷灰斗水冷壁前墻與右側墻夾角標高8 m泄漏，由于現(xiàn)場管子之間相互吹損嚴重，無法判斷第一泄漏點的具體位置以及泄漏的直接原因，造成泄漏的原因可能為：原材存在制造缺陷、安裝焊接質量不良、鰭片上孔洞漏風導致的管子非正常磨損。建議：所有發(fā)生泄漏的管子，進行全面檢查，以免其他位置出現(xiàn)過熱、鼓包等現(xiàn)象;必要時對現(xiàn)場安裝的鰭片焊縫進行檢查;更換受熱面管前進行渦流探傷。