淺談塔式爐水冷壁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與應(yīng)用問題分析

趙予生

摘 要：本文以徐州華潤電力有限公司兩臺(tái)1000WM塔式鍋爐水冷壁為例，簡要闡述上海鍋爐廠塔式爐水冷壁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及徐州華潤電廠兩臺(tái)塔式爐投運(yùn)以來水冷壁出現(xiàn)的問題和處理方法，尤其對(duì)T23材質(zhì)水冷壁存在的焊口及鰭片裂紋問題進(jìn)行了分析和闡述。

關(guān)鍵詞：塔式爐；水冷壁；T23

中圖分類號(hào)：TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）18-0120-02

1 概述

徐州華潤電力有限公司三期2*1000MW超超臨界直流鍋爐為上海鍋爐廠引進(jìn)德國ALSTOM公司技術(shù)生成的塔式鍋爐，兩臺(tái)鍋爐投產(chǎn)時(shí)間分別為2010年6月和2010年7月。水冷壁采用螺旋+垂直管圈布置，具有熱負(fù)荷均勻、水動(dòng)力穩(wěn)定、水冷壁出口溫度偏差小等優(yōu)點(diǎn)，但機(jī)組投運(yùn)以來，多次發(fā)生水冷壁泄漏事故，給機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大隱患，同時(shí)每次檢修都發(fā)現(xiàn)大量T23材質(zhì)水冷壁裂紋缺陷，給機(jī)組檢修帶來很大難度。塔式爐燃燒器水冷套彎管吹損及冷灰斗區(qū)域磨損，也是該爐型水冷壁每次檢修的重點(diǎn)區(qū)域。

2 塔式爐水冷壁結(jié)構(gòu)布置介紹

徐州華潤電力有限公司三期兩臺(tái)塔式爐為螺旋管圈直流爐，單爐膛塔式布置，四角切圓燃燒。爐膛寬度21480mm，爐膛深度21480mm，爐膛由膜式管子組成，水冷壁采用螺旋管加垂直管的布置方式。從爐膛冷灰斗進(jìn)口標(biāo)高4450mm到標(biāo)高61013mm處采用螺旋管圈，61013mm向上為垂直管圈，螺旋管圈與垂直管圈通過十二通進(jìn)行連接。垂直管圈分為兩部分，下部垂直管圈管子規(guī)格為38.1mm，節(jié)距600mm，上部管子規(guī)格為44.5mm，節(jié)距120mm，上、下部垂直管通過Y型三通合并。冷灰斗下部螺旋管圈材料為15CrMoG，冷灰斗上部螺旋管圈材料為T23，垂直管圈材料均為T23。

3 塔式爐水冷壁運(yùn)行期間泄漏情況介紹

徐州華潤電力有限公司三期兩臺(tái)塔式爐自投產(chǎn)以來水冷壁共泄漏28次，綜合分析泄漏原因，9次為焊縫缺陷，4次為磨損減薄，其余15次均為鰭片裂紋造成；T23管材與15CrMo管材泄漏次數(shù)分別是20次和8次。

泄漏主要原因分析如下：

（1）T23水冷壁鰭片材質(zhì)為SA387-Cr12CL，在與T23管材焊接時(shí)，焊后容易出現(xiàn)裂紋，裂紋因應(yīng)力交變延伸至水冷壁母材，因強(qiáng)度降低導(dǎo)致泄漏。（2）T23管具有再熱裂紋傾向，特別是在熱影響區(qū)容易出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致泄漏。（3）爐外鋼梁與水冷壁采用塞塊連接，塞塊直接與水冷壁管焊接，水冷壁爐膛內(nèi)外壁溫存在差異，焊縫區(qū)域硬度較大，應(yīng)力交變導(dǎo)致泄漏。（4）冷灰斗及燃燒器管屏磨損泄漏。

4 塔式爐水冷壁歷次檢修發(fā)現(xiàn)的主要問題及應(yīng)對(duì)策略

4.1 冷灰斗區(qū)域水冷壁管磨損減薄

采用螺旋水冷壁的直流鍋爐，冷灰斗磨損發(fā)生在水冷壁管順前后墻斜坡滑落部位，在接近角部時(shí)水冷壁管傾斜角度變大，由于掉落在冷灰斗區(qū)域的灰渣順?biāo)浔诠荛g溝槽滑落，在大斜角水冷壁管區(qū)域會(huì)產(chǎn)生較大的加速，從而造成嚴(yán)重的磨損。為了防止角部水冷壁快速磨損泄漏，在機(jī)組檢修期間對(duì)前后墻四角水冷壁冷灰斗進(jìn)行澆注料防磨改造，澆注料端部加裝防磨瓦，并沿灰渣滑動(dòng)方向設(shè)置梳型板減緩落渣流速，分散灰渣對(duì)局部造成集中沖擊。

4.2 燃燒器水冷套彎管吹損

燃燒器水冷套彎管吹損是上海鍋爐廠塔式爐普遍存在的問題，國華臺(tái)山、國華徐州等各廠均存在水冷套彎管磨損問題，水冷套吹損原因主要和燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、噴口局部間隙大漏風(fēng)有關(guān)。為防止燃燒器水冷套吹損爆管，徐州華潤電廠在燃燒器噴口與水冷套之間加裝了不銹鋼擋風(fēng)板，并在歷次機(jī)組檢修中對(duì)擋風(fēng)板進(jìn)行維修更換。

4.3 T23水冷壁焊口及鰭片裂紋缺陷

4.3.1 T23水冷壁焊口裂紋

機(jī)組投產(chǎn)初期T23水冷壁焊口橫向裂紋是導(dǎo)致水冷壁泄漏主要因素，也是歷次檢修檢查的重點(diǎn)問題。其中2010年9月，#5鍋爐上水檢查發(fā)現(xiàn)6只焊口泄漏，右側(cè)墻擴(kuò)大X射線檢驗(yàn)又發(fā)現(xiàn)19只焊口缺陷；2010年10月，再次擴(kuò)大檢測(cè)，又發(fā)現(xiàn)12只焊口裂紋。2010年8月#6鍋爐右側(cè)墻檢查割口換管9根；2010年11月，水冷壁四面墻100%檢測(cè)，又發(fā)現(xiàn)了31只焊口裂紋，其中3只為上次檢測(cè)后新發(fā)現(xiàn)裂紋。

T23對(duì)接焊口的裂紋主要發(fā)生在向火側(cè)，大多沿焊縫橫向開裂，橫貫焊縫止于兩側(cè)母材。經(jīng)檢測(cè)分析，焊縫裂紋多始于接頭內(nèi)部，向外延伸至外壁，焊縫高溫短時(shí)強(qiáng)度試驗(yàn)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且強(qiáng)度高于母材。但存在向火側(cè)焊縫和粗晶區(qū)的硬度偏高，且明顯高于母材的硬度和向火面及背火面焊縫沖擊功都很低的問題。對(duì)裂紋取樣分析見表1。

按照DL/T 868-2004《焊接工藝評(píng)定規(guī)程》要求，沖擊試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)為沖擊功的平均值不應(yīng)低于相關(guān)技術(shù)文件規(guī)定的鋼材的下限值，且不得小于27?，F(xiàn)場(chǎng)焊縫韌性檢測(cè)低于標(biāo)準(zhǔn)要求50%以上，這一方面可能是原始焊縫韌性不合格，也可能是由于運(yùn)行后焊縫沖擊韌性明顯降低。沖擊韌性降低將導(dǎo)致管材塑性降低，容易產(chǎn)生裂紋缺陷。

4.3.2 T23水冷壁鰭片裂紋

塔式爐T23水冷壁鰭片裂紋主要體現(xiàn)在Y型三通區(qū)域和燃燒器及過渡段水冷壁區(qū)域，因其隱藏深、檢查難、數(shù)量大、發(fā)展快、誘因多等特點(diǎn)，已經(jīng)成為目前影響鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的最大隱患。見表2。

徐州電廠#6鍋爐2017年4月發(fā)生一起爐前水冷壁Y型三通鰭片裂紋延伸至焊口融合線導(dǎo)致泄漏的事故，通過停機(jī)排查，又發(fā)現(xiàn)大量隱藏的焊口處鰭片隱性裂紋，給機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行帶來巨大隱患。2017年5月份#5鍋爐505C修期間對(duì)T23水冷壁鰭片裂紋進(jìn)行了詳細(xì)徹底排查，并分類統(tǒng)計(jì)：水冷壁鰭片裂紋合計(jì)878只，其中一般鰭片裂紋524，延伸至焊縫鰭片裂紋145只，延伸至管壁鰭片裂紋162只，射線檢測(cè)并經(jīng)驗(yàn)證鰭片裂紋47只。

4.3.3 裂紋原因分析endprint

（1）T23材料的焊接性較差。T23焊縫金屬的裂紋敏感性較強(qiáng)，且存在再熱裂紋傾向，特別是未進(jìn)行焊后高溫回火熱處理的焊接接頭金屬?zèng)_擊韌性值偏低，裂紋產(chǎn)生的門檻值低，裂紋擴(kuò)展速度快。（2）Y型三通處結(jié)構(gòu)形狀突變導(dǎo)致三通焊縫局部應(yīng)力集中較嚴(yán)重。Y型三通上下結(jié)構(gòu)形狀變化較大，焊縫兩側(cè)金屬壁厚差異大，導(dǎo)致三通上下焊縫處結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中較大。（3）Y型三通上下鰭片寬度突然變化導(dǎo)致局部金屬熱應(yīng)力的增加。從汽水介質(zhì)流向看Y型三通處于兩根變一根的部位，管內(nèi)冷卻介質(zhì)存在流速變化，三通上下的鰭片寬度變化較大，寬鰭片的冷卻能力變差，再加上補(bǔ)裝鰭片存在單面焊、虛焊、漏焊等情況，局部溫度場(chǎng)變化進(jìn)一步增加，從而加劇了局部金屬的熱應(yīng)力。（4）Y型三通處補(bǔ)裝鑲嵌塊的鰭片焊縫焊接質(zhì)量差異大。安裝時(shí)補(bǔ)裝鑲嵌塊鰭片焊縫質(zhì)量差異較大，一般均采用手工電弧焊單層單道焊接，存在焊接熱輸入量過大，焊接組織粗大導(dǎo)致容易產(chǎn)生裂紋的可能。（5）過渡區(qū)水冷壁熱負(fù)荷高，設(shè)計(jì)質(zhì)量流速低，鰭片冷卻能力差。過渡區(qū)水冷壁通過十二通引入管將螺旋水冷壁內(nèi)介質(zhì)引至中間混合集箱混合后通過引出管送至上部垂直水冷壁，此方式混合效果有限，本身設(shè)計(jì)質(zhì)量流速低，且又處于爐膛高熱負(fù)荷區(qū)，容易造成部分鰭片冷卻效果不好，導(dǎo)致鰭片開裂。見表3。

4.3.4 裂紋消除措施

（1）提高T23水冷壁焊接工藝，嚴(yán)格按照焊接工藝操作，與管子焊接的鰭片采用雙面氬弧焊。（2）鰭片與管子焊縫上下各留有10mm不焊。（3）從減小應(yīng)力集中角度出發(fā)，對(duì)與T23管材焊接的鰭片截?cái)嗵幘M(jìn)行圓滑過渡，減小應(yīng)力集中。（4）調(diào)整鍋爐燃燒，控制火焰中心不偏斜，爐內(nèi)溫度場(chǎng)均勻，減少局部水冷壁超溫對(duì)鰭片的影響。

5 結(jié)語

塔式鍋爐水冷壁運(yùn)行中存在冷灰斗磨損、燃燒器噴口管屏磨損等容易造成水冷壁泄漏的問題，在機(jī)組檢修中應(yīng)加強(qiáng)檢查，及時(shí)處理，并做好預(yù)防措施。T23材質(zhì)水冷壁管具有再熱裂紋傾向且存在向火側(cè)焊縫和粗晶區(qū)的硬度明顯高于母材硬度和焊縫沖擊功低的問題，T23水冷壁焊口及鰭片裂紋都是檢修工作中應(yīng)格外重視的問題，提高T23水冷壁焊接工藝和降低局部應(yīng)力是降低T23水冷壁泄漏的重點(diǎn)方向。

參考文獻(xiàn)

[1]楊亮.T23水冷壁管排鰭片焊縫裂紋的分析[J].鍋爐技術(shù)，2009，（06）：55-58.

[2]王紅波，白玉海.國產(chǎn)T23鋼在臺(tái)山電廠2*1000MW塔式鍋爐水冷壁上的運(yùn)用現(xiàn)狀[J].廣東電力，2010，（07）：56-59.endprint