某熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組鍋爐水冷壁結(jié)垢爆管案例分析

陳俊彬

（福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司，福建 泉州 362712）

某熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組鍋爐水冷壁結(jié)垢爆管案例分析

陳俊彬

（福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司，福建 泉州 362712）

火力發(fā)電廠鍋爐受熱面結(jié)垢是一種常見問(wèn)題，對(duì)于供熱機(jī)組而言，由于鍋爐補(bǔ)水量大，一旦水質(zhì)無(wú)法保障，就會(huì)出現(xiàn)受熱面垢量快速上升的情況。受熱面結(jié)垢不僅影響機(jī)組換熱效率，而且容易導(dǎo)致水冷壁熱疲勞爆管。文中就某供熱機(jī)組鍋爐水冷壁結(jié)垢爆管的案例進(jìn)行詳細(xì)討論，分析水冷壁結(jié)垢爆管的機(jī)理和背后深層原因。

供熱機(jī)組；螺旋水冷壁；熱疲勞；結(jié)垢

1 事故經(jīng)過(guò)

福建某電廠2臺(tái)600MW鍋爐系哈爾濱鍋爐廠制造，其螺旋水冷壁采用規(guī)格為?38×7.3mm的15CrMoG鋼管。2016年8月8日，#2鍋爐四管泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)泄漏報(bào)警，經(jīng)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查后確認(rèn)左側(cè)螺旋水冷壁在C10吹灰器區(qū)域發(fā)生泄漏，停機(jī)處理。此次檢修總共更換9根水冷壁管，包括1根泄漏管子，和附近8根被吹損的管子。

2 泄漏樣管檢測(cè)

2.1 宏觀檢查

圖1 泄漏管子宏觀檢查

泄漏水冷壁管的宏觀形貌見圖1。該泄漏管上有兩個(gè)泄漏點(diǎn)，泄漏點(diǎn)1在泄漏點(diǎn)2的上游，管內(nèi)介質(zhì)流向?yàn)閺男孤c(diǎn)1到泄漏點(diǎn)2。水冷壁管上的泄漏點(diǎn)1在向火面，有多條周向裂紋，由外壁向內(nèi)壁裂透，但未穿過(guò)管間的鰭片。該處管壁沒(méi)有明顯塑性變形，見圖1（a)，在該泄漏點(diǎn)管內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)垢。泄漏點(diǎn)2為軸向長(zhǎng)條狀爆口，爆口長(zhǎng)約37mm，寬約5mm。泄漏點(diǎn)2附近管徑明顯脹粗成橢圓，管壁有減薄現(xiàn)象。泄漏點(diǎn)2外壁氧化皮厚約0.5mm，氧化皮上有軸向蠕變裂紋，見圖1（b）。

2.2 化學(xué)成分分析

對(duì)泄漏管取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1。

表1 爆管樣品母材的化學(xué)成分 wt%

2.3 金相檢查

截取泄漏點(diǎn)1裂口正中、裂紋尖端和遠(yuǎn)端，泄漏點(diǎn)2爆口正中、爆口尖端和遠(yuǎn)端進(jìn)行金相檢查，泄漏點(diǎn)遠(yuǎn)端向火面金相組織為鐵素體+珠光體，珠光體3級(jí)球化，屬于中度老化；背火面金相組織珠光體2級(jí)球化，屬于輕度老化，見圖2～圖3。泄漏點(diǎn)1裂口正中和裂口尖端處金相組織均為鐵素體+珠光體，珠光體2級(jí)球化，屬于輕度老化。裂紋由表面向內(nèi)部擴(kuò)展，裂紋尖端圓盾有曲折，有臺(tái)階現(xiàn)象，裂紋內(nèi)充滿氧化產(chǎn)物，見圖4～圖5。泄漏點(diǎn)2爆口尖端金相組織為鐵素體+珠光體+蠕變孔洞，珠光體3.5級(jí)球化，屬于中度老化，組織因塑性變形被拉長(zhǎng)，見圖6。泄漏點(diǎn)2爆口正中金相組織為鐵素體+珠光體+蠕變孔洞，珠光體4級(jí)球化，屬于完全老化，組織因塑性變相被拉長(zhǎng)，見圖7。泄漏點(diǎn)2爆口處外壁氧化皮下有微裂紋，見圖8，爆口處裂紋附近有密集蠕變孔洞，見圖9。

圖2 泄漏點(diǎn)1遠(yuǎn)端向火面的金相組織

圖3 泄漏點(diǎn)1遠(yuǎn)端背火面的金相組織

圖4 泄漏點(diǎn)1裂口正中處的金相組織

圖5 泄漏點(diǎn)1裂紋尖端的金相組織

圖6 泄漏點(diǎn)2爆口邊緣處的金相組織

圖7 泄漏點(diǎn)2爆口正中處的金相組織

圖8 泄漏點(diǎn)2爆口處的顯微組織

圖9 泄漏點(diǎn)2爆口正中處的顯微組織

2.4 拉伸性能試驗(yàn)

截取泄漏管與相鄰管的管樣加工成全壁厚縱向弧形拉伸試樣，在CMT5205型微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

2.5 檢測(cè)結(jié)果分析

（1）送檢失效管樣宏觀檢查結(jié)果表明，泄漏點(diǎn)1為短窄條裂口，裂口處無(wú)明顯塑性變形，管徑無(wú)脹粗，壁厚無(wú)明顯減薄。裂紋為周向裂紋，裂紋發(fā)展方向與主應(yīng)力方向垂直，裂紋從外壁向內(nèi)壁裂透，裂紋具有熱疲勞熱裂紋的特點(diǎn)。泄漏點(diǎn)2為長(zhǎng)條狀爆口，爆口處有明顯塑性變形，管徑有脹粗，壁厚有明顯減薄。外壁氧化皮較厚，氧化皮上有蠕變裂紋，說(shuō)明該處管材具有長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱特征。

（2）對(duì)失效水冷壁管的化學(xué)成分分析結(jié)果表明，該管樣化學(xué)成分符合GB 5310-2008要求。

（3）對(duì)失效水冷壁管的金相分析結(jié)果表明，泄漏點(diǎn)1處金相組織球化最嚴(yán)重處為3級(jí)，屬于中度球化，該處未發(fā)現(xiàn)相變組織，說(shuō)明該處存在長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱。裂紋尖端圓盾，裂紋內(nèi)充滿氧化產(chǎn)物，裂紋尖端的擴(kuò)展曲折且有臺(tái)階，說(shuō)明該裂紋由來(lái)已久，具有交變熱應(yīng)力引起的熱疲勞裂紋特征。泄漏點(diǎn)2爆口處金相組織為鐵素體+碳化物+少量珠光體，珠光體4級(jí)球化，未發(fā)現(xiàn)相變組織，組織被拉長(zhǎng)，說(shuō)明該處存在長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱。爆口處外壁的氧化微裂紋說(shuō)明外壁因過(guò)熱產(chǎn)生氧化損傷缺口，是該處爆管的裂紋源，裂紋附近有密集蠕變孔洞。

（4）送檢失效管子和臨近未失效的管子常溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，兩根送檢管子常溫機(jī)械性能符合使用要求。

3 泄漏原因分析

3.1 直接原因分析

從宏觀和金相檢查結(jié)果看，漏點(diǎn)1具有典型的熱疲勞特征，是由于管內(nèi)結(jié)垢造成管壁熱疲勞后開裂泄漏；漏點(diǎn)2具有典型的長(zhǎng)時(shí)超溫特征，是由于管內(nèi)流量不足造成管子過(guò)熱超溫爆管；

該水冷壁管泄漏點(diǎn)1處因管內(nèi)局部結(jié)垢嚴(yán)重，管壁熱阻大大增加，造成局部管壁過(guò)熱，且管壁溫度隨附近煙氣溫度大幅波動(dòng)，產(chǎn)生熱疲勞損傷開裂。泄漏點(diǎn)1先裂透，管內(nèi)介質(zhì)流量減少，造成其下游泄漏點(diǎn)2因介質(zhì)流量減少過(guò)熱，外壁產(chǎn)生氧化蠕變損傷而爆管。

3.2 深層原因分析

該電廠#2機(jī)組為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，設(shè)計(jì)給水流量1965t/h，日常供熱量長(zhǎng)期在500t/h左右，因此補(bǔ)水量巨大，大大超出常規(guī)電廠化學(xué)系統(tǒng)的補(bǔ)水能力，一旦水質(zhì)出現(xiàn)波動(dòng)，很容易造成水冷壁結(jié)垢。本次搶修后對(duì)泄漏區(qū)域水冷壁送樣檢測(cè)結(jié)果表明，泄漏管子結(jié)垢量達(dá)到800g/㎡以上，附近管子結(jié)垢量也高達(dá)400g/㎡以上，分別超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值的4倍和2倍。因此，超大的供熱量和配套能力相對(duì)不足的化學(xué)系統(tǒng)是本次水冷壁結(jié)垢和爆管的深層原因。

4 解決對(duì)策

（1）為解決化學(xué)系統(tǒng)配套能力不足的問(wèn)題，該公司在化學(xué)系統(tǒng)中增設(shè)了超濾反滲透裝置，大大提高了鍋爐補(bǔ)水的水質(zhì)。

（2）2017年該公司結(jié)合機(jī)組檢修對(duì)鍋爐進(jìn)行了酸洗，清除省煤器、水冷壁內(nèi)壁結(jié)垢，不僅提高了鍋爐熱效率，同時(shí)可以有效防止水冷壁結(jié)垢造成的爆管。

[1]范從振.鍋爐原理[M].北京:中國(guó)電力出版社,1986.

[2]孫勇.火力發(fā)電機(jī)組鍋爐水冷壁結(jié)垢的分析及診斷[J].應(yīng)用能源技術(shù),2016.

Case Analysis of Scaling and Explosion of Boiler Water Wall in a Cogeneration Unit

CHEN Jun-Bin
(Fujian Hongshan Thermoelectric Co., Ltd. Quanzhou 362712, Fujian, China)

The scaling of boiler heating surface is a common problem in thermal power plants. For the cogeneration unit, the water supply of the boiler is very large, When the water quality is not up to standard, there will be a rapid increase of in the scale of the heating surface. The scaling of the heating surface not only affects the heat exchange ef fi ciency of the unit, but also leads to thermal fatigue explosion of water wall. This paper discussed the scaling and explosion of boiler water wall in a heat supply plant, and the mechanism and underlying reasons of fouling and explosion in water wall.

Cogeneration unit; Spiral water wall; Thermal fatigue; Scaling.

2017-09-05

陳俊彬，男，福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司，生產(chǎn)策劃部鍋爐專業(yè)主管，高級(jí)工程師