某480t/h鍋爐水冷壁變形原因分析

溫芝香

（陜西省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所　西安　710048）

某480t/h鍋爐水冷壁變形原因分析

溫芝香

（陜西省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所西安710048）

陜西某化工集團(tuán)熱電分公司480t/h鍋爐在首次停爐內(nèi)部檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)水冷壁嚴(yán)重變形。通過查閱鍋爐原始資料和運(yùn)行檢修記錄、宏觀檢驗(yàn)、測厚檢驗(yàn)、水冷壁割管和水冷壁下集箱內(nèi)窺檢驗(yàn)，并從水位監(jiān)測、運(yùn)行、管理等方面進(jìn)行分析，得到水冷壁變形的主要原因是鍋爐水位監(jiān)測系統(tǒng)異常和鍋爐運(yùn)行管理方面存在問題導(dǎo)致的高溫過熱。

水冷壁變形原因

陜西某化工集團(tuán)熱電分公司3#鍋爐是由華西能源工業(yè)股份有限公司設(shè)計(jì)制造，鍋爐型號為DGJ-480/9.81-Ⅱ5，爐型為π型結(jié)構(gòu)，循環(huán)方式為自然循環(huán)，燃燒器布置方式為四角布置切圓燃燒，出渣方式為水浸式刮板撈渣機(jī)干式除渣，設(shè)計(jì)燃料為煙煤（干燥無灰基揮發(fā)分為38.95%，收到基低位發(fā)熱量為20610 kJ/kg）。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)480t/h，汽包額定蒸汽壓力11.39MPa、額定蒸汽溫度320℃，過熱器出口額定蒸汽壓力9.81MPa、額定蒸汽溫度540℃，給水溫度230℃，該鍋爐于2011年12月投產(chǎn)，2015年5月進(jìn)行首次內(nèi)部檢驗(yàn)，截止2015年5月15日鍋爐累計(jì)運(yùn)行約2.6萬h。

鍋爐水冷壁采用膜式全焊結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為20G，管徑為φ60×5mm。

1　現(xiàn)場檢驗(yàn)1.1　資料查閱

查閱該臺鍋爐運(yùn)行檢修記錄發(fā)現(xiàn)：1）2014年3月鍋爐后墻水冷壁出現(xiàn)大面積爆管造成鍋爐停爐，停爐后發(fā)現(xiàn)爐膛后墻水冷壁出現(xiàn)嚴(yán)重變形；2）鍋爐運(yùn)行過程中水位計(jì)一直處于異常，出現(xiàn)了因缺水導(dǎo)致的停爐；3）鍋爐運(yùn)行過程中出現(xiàn)超溫超壓現(xiàn)象。

1.2水冷壁宏觀檢驗(yàn)

對爐膛水冷壁進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，上、下兩層燃燒器附近上、下5m范圍內(nèi)均發(fā)生結(jié)焦和“S”型變形（見圖1），左墻變形最為嚴(yán)重，右墻次之，前后墻變形相對較小，變形最嚴(yán)重處偏離原平面位置二分之一管徑。

圖1　爐墻水冷壁結(jié)焦和“S”型變形

1.3水冷壁測厚檢驗(yàn)

采用HCH-2000C超聲波測厚儀對左、右、前、后墻水冷壁進(jìn)行厚度檢測，檢測結(jié)果見表1，測點(diǎn)位置示意圖如圖2所示。

表1　水冷壁測厚

圖2　左、右、前、后墻測點(diǎn)位置

左、右、前、后墻實(shí)測最小厚度分別為4.9mm、4.9mm、4.9mm、4.6mm，水冷壁管允許最小厚度為4.2mm，所測部位厚度符合要求。

1.4水冷壁割管檢驗(yàn)

在左墻水冷壁變形最嚴(yán)重27m處割管檢驗(yàn)。

●1.4.1力學(xué)性能

對其迎火面和背火面常溫（20℃）試驗(yàn)時的試樣（縱向）采用AG-1250kN進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2　常溫機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，水冷壁迎火面的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度均低于背火面，且迎火面的屈服強(qiáng)度和背火面的延伸率不符合GB 5310—2008標(biāo)準(zhǔn)要求［1］。這與溫度變化導(dǎo)致的材料老化相關(guān)，因此高溫是導(dǎo)致水冷壁變形的一個重要原因。

●1.4.2金相檢驗(yàn)

水冷壁管材為20G，新樣20G的金相組織為鐵素體和珠光體，珠光體區(qū)域中的碳化物呈片狀。采用MAT40金相顯微鏡對運(yùn)行后的水冷壁管樣迎火面進(jìn)行檢驗(yàn)，金相見圖3。

圖3　水冷壁管迎火面金相

從圖3可知，金相組織為珠光體，其形態(tài)明顯，珠光體區(qū)域中的碳化物已開始分散，依據(jù)DL/T 674—1999《火電廠用20號鋼珠光體球化評級標(biāo)準(zhǔn)》球化級別為2級［2］。這表明水冷壁管有超溫現(xiàn)象，在高溫下珠光體中的滲碳體形態(tài)由最初的層片狀態(tài)逐漸向球狀轉(zhuǎn)變，材料的力學(xué)性能隨之下降。

1.5水冷壁下集箱內(nèi)窺檢驗(yàn)

針對左墻水冷壁變形最嚴(yán)重，采用美國偉林意威特公司VP875APLSYS工業(yè)內(nèi)窺鏡對左側(cè)水冷壁下集箱進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)集箱內(nèi)部未見腐蝕、結(jié)垢等，這說明運(yùn)行過程中汽水流動并未受到阻礙。

2　變形原因

通過查閱資料和現(xiàn)場檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)爐膛水冷壁變形的主要原因是鍋爐在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了高溫過熱，導(dǎo)致高溫過熱的原因主要有以下幾方面［3-5］。

2.1鍋爐水位監(jiān)測系統(tǒng)

鍋爐運(yùn)行過程中通過水位計(jì)可實(shí)時監(jiān)測運(yùn)行過程中的水位狀況，該臺鍋爐運(yùn)行過程中水位計(jì)處于異常狀態(tài)而無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測，致使鍋爐運(yùn)行操作人員無法準(zhǔn)確的判斷鍋爐是否處在滿水、缺水、正常水位狀態(tài)。鍋爐在缺水狀態(tài)下會造成水冷壁過燒，過燒是造成爐墻水冷壁嚴(yán)重變形的原因之一。

2.2鍋爐運(yùn)行、管理方面

1）燃燒不穩(wěn)定，鍋爐在運(yùn)行過程中出現(xiàn)超溫超壓現(xiàn)象頻繁。

2）鍋爐運(yùn)行操作人員安全意識不強(qiáng)、專業(yè)知識不足。鍋爐運(yùn)行操作不當(dāng)，如在啟爐和停爐過程中未嚴(yán)格按照升溫和降溫速率進(jìn)行升、降溫，而是為盡快使鍋爐投入和停止運(yùn)行而擅自加快升降溫速率；水位計(jì)出現(xiàn)異常時并未立即停爐，而是繼續(xù)運(yùn)行。

3）管理人員安全意識淡薄。水位計(jì)處于異常的情況下并未停爐進(jìn)行及時整改恢復(fù)；爆管停爐發(fā)現(xiàn)水冷壁嚴(yán)重變形的情況下，未對變形原因進(jìn)行分析，換管后隨即啟爐；多數(shù)管理人員缺乏相應(yīng)的鍋爐管理經(jīng)驗(yàn)并對鍋爐發(fā)生事故可能造成的危險性意識不足，在管理過程中隨意更改操作規(guī)程。

3　結(jié)論

本文通過查閱鍋爐原始資料和運(yùn)行檢修記錄、宏觀檢驗(yàn)、測厚檢驗(yàn)、水冷壁割管和水冷壁下集箱內(nèi)窺檢驗(yàn)，從運(yùn)行、管理等方面對陜西某化工集團(tuán)熱電分公司480t/h鍋爐爐墻水冷壁變形原因進(jìn)行了分析，得到了水冷壁變形的主要原因是鍋爐水位監(jiān)測系統(tǒng)異常和鍋爐運(yùn)行管理方面存在問題導(dǎo)致的高溫過熱。

［1］GB 5310—2008 高壓鍋爐用無縫鋼管［S］.

［2］DL/T 674—1999 火電廠用20號鋼珠光體球化評級標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］廖遠(yuǎn)東，李耀君，徐丑申.鍋爐水冷壁狀態(tài)檢驗(yàn)與風(fēng)險評估［J］.熱力發(fā)電，2004（07）：7-9.

［4］高登山.水冷壁變形原因分析及對策［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2008（24）：39.

［5］何成，肖文彬.鍋爐爐底水冷壁管爆管分析［J］.理化檢驗(yàn)-物理分冊，2001（8）：354-356.

Deformation Analysis of Water Cooled Wall in 480t/h Boiler

Wen Zhixiang
（Shaanxi Institute of Boiler and Pressure Vessel InspectionXi'an710048）

Serious deformation of water cooling wall was found in a 480t/h boiler in a thermal power branch company of one chemical industry group in Shaanxi in the first internal inspection. By looking up the boiler operation maintenance records， macro inspection， thickness test， cutting pipe and endoscopic examination， and analysis water level monitoring， operation and management， this paper found that the main reason of water wall deformation was high temperature overheating caused by abnormal boiler water level monitoring system and boiler operation management problems.

Water cooled wallDeformationReason

X933.2

B

1673-257X（2016）08-0052-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.08.013

溫芝香（1983～），女，碩士，工程師，從事承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)與科研工作。

2016-03-09）