某電廠水冷壁管爆管分析

趙騫，方振邦，張健，邢明軍，王勇

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某電廠水冷壁管爆管分析

趙騫，方振邦，張健，邢明軍，王勇

（國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥 230601）

鍋爐水冷壁管是鍋爐受熱面的重要組成部分，主要承擔(dān)吸收爐膛中高溫火焰或煙氣的輻射熱量、降低爐墻溫度的作用。其運(yùn)行條件惡劣，容易發(fā)生爆漏事故。針對某電廠爆管水冷壁管進(jìn)行宏觀檢查、金相檢驗(yàn)和硬度檢驗(yàn)，分析水冷壁管爆管原因。結(jié)果表明，該電廠水冷壁爆管的主要原因在于管子向火面長期受煙氣沖刷引起的管子磨損減薄。為了保障該電廠安全運(yùn)行，應(yīng)抽查水冷壁管壁厚，對壁厚減薄量在30％以上的水冷壁管進(jìn)行更換。

水冷壁；爆管；煙氣沖刷；磨損減薄

鍋爐水冷壁管的主要作用是吸收爐膛中高溫火焰或煙氣的輻射熱量，通過熱傳導(dǎo)和對流換熱將之傳遞給管中的水并在管內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，同時，起到降低爐墻溫度、保護(hù)爐墻的作用[1]。鍋爐水冷壁管不僅受到高溫高壓作用，還受到水汽和煙氣的沖刷作用，容易產(chǎn)生腐蝕、磨損、疲勞等損傷。這些損傷進(jìn)一步累積或發(fā)展會導(dǎo)致水冷壁管泄漏甚至爆管。我國火電機(jī)組由于爐管事故引起的非計劃停運(yùn)小時數(shù)占機(jī)組非計劃停運(yùn)總時長的37.8%，而美國僅為7%[2-4]。

某火電廠1號鍋爐兩處水冷壁發(fā)生爆管，爆口標(biāo)高約為36 m，水冷壁管規(guī)格為Φ57×6.5 mm，材質(zhì)為20G。為了研究分析該廠水冷壁管爆管的具體原因，對管子進(jìn)行宏觀檢查、金相檢驗(yàn)以及硬度檢驗(yàn)。

1 宏觀檢查

爆口的宏觀照片如圖1所示，由外觀檢查可推斷圖1（a）中箭頭所指處為初始爆口，爆口在水冷壁管的向火面，沿管材縱向撕裂，呈唇狀，1號管樣爆口長度大約為88 mm，最大開口寬約42 mm，2號管樣爆口長度大約為101 mm，最大開口寬約23 mm；爆口邊緣顯著減薄，最薄處如刀刃狀，外壁有明顯的磨損痕跡。初步判斷水冷壁管爆管的主要原因應(yīng)是長期受煙氣沖刷引起的管子磨損減薄最終導(dǎo)致的管子強(qiáng)度不足。

2 金相檢驗(yàn)

在管樣橫截面上截取金相試樣，試樣經(jīng)磨制拋光后，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的硝酸酒精腐蝕，在蔡司金相顯微鏡上觀察試樣的金相組織，具體取樣點(diǎn)如表1所示。

表1 金相取樣點(diǎn)

金相試樣序號取樣位置11號管樣爆口邊緣21號管樣爆口處背火面31號管樣遠(yuǎn)離爆口處向火面41號管樣遠(yuǎn)離爆口處背火面52管樣爆口邊緣62號管樣爆口處背火面72號管樣遠(yuǎn)離爆口處向火面82號管樣遠(yuǎn)離爆口處背火面

2.1 水冷壁管壁厚

發(fā)生爆管的1號管樣水冷壁管的壁厚變化如圖2所示。由圖2可知，爆口邊緣（圖2（a）左側(cè)）的壁厚僅為2.41 mm，遠(yuǎn)離爆口處向火面（圖2（b）左側(cè)）的壁厚僅為4.64 mm；爆口處背火面（圖2（a）右側(cè)）及遠(yuǎn)離爆口處背火面（圖2（b）右側(cè)）的壁厚分別為6.20 mm、5.83 mm。

發(fā)生爆管的2號管樣水冷壁管的壁厚變化如圖3所示。其中，爆口邊緣（圖3（a）左側(cè)）壁厚僅為2.37 mm，遠(yuǎn)離爆口處向火面（圖3（b）左側(cè)）的壁厚為3.39 mm；爆口處背火面（圖3（a）右側(cè)）遠(yuǎn)離爆口處背火面（圖3（b）右側(cè)）的壁厚分別為6.12 mm、6.18 mm。

圖2 1號管樣水冷壁管壁厚變化

圖3 2號管樣水冷壁管壁厚變化

該廠水冷壁管子規(guī)格為Φ57×6.5 mm，而1號及2號管樣遠(yuǎn)離爆口處的向火面壁厚僅為4.64 mm和3.39 mm，減薄量為1.86 mm、3.11 mm，說明該廠送樣水冷壁管磨損減薄嚴(yán)重。

2.2 金相組織分析

2.2.1 1號管樣

爆口邊緣組織如圖4所示，為鐵素體+珠光體組織，20G正常組織，珠光體球化級別為2～3級。

圖4 1號管樣爆口邊緣組織

爆口處背火面組織如圖5所示，為鐵素體+珠光體組織，20G正常組織，珠光體球化級別為2～3級。在管內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)少量腐蝕坑，如圖5（c）所示。

圖5 1號管樣爆口處背火面組織

遠(yuǎn)離爆口處向火面組織如圖6所示，為鐵素體+珠光體組織，20G正常組織，珠光體球化級別為2～3級，在管內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)腐蝕坑存在，如圖6（c）所示。

圖6 1號管樣遠(yuǎn)離爆口處向火面組織

遠(yuǎn)離爆口處背火面組織如圖7所示，為鐵素體+珠光體組織，20G正常組織，珠光體球化級別為2～3級，在管內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)少量腐蝕坑，如圖7（c）所示。

2.2.2 2號管樣

爆口邊緣組織如圖8所示，為鐵素體+珠光體組織，20G正常組織，珠光體球化級別為2～3級。

圖7 1號管樣遠(yuǎn)離爆口處背火面組織

圖8 2號管樣爆口邊緣組織

爆口處背火面組織如圖9所示，為鐵素體+珠光體組織，20G正常組織，珠光體球化級別為2～3級，在管內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)少量腐蝕坑，如圖9（c）所示。

圖9 2號管樣爆口處背火面組織

遠(yuǎn)離爆口處向火面組織如圖10所示，為鐵素體+珠光體組織，20G正常組織，珠光體球化級別為2～3級，在管內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)少量腐蝕坑，如圖10（c）所示。

圖10 2號管樣遠(yuǎn)離爆口處向火面組織

遠(yuǎn)離爆口處背火面組織如圖11所示，為鐵素體+珠光體組織，20G正常組織，珠光體球化級別為2～3級，在管內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)少量腐蝕坑，如圖11（c）所示。

根據(jù)金相檢驗(yàn)結(jié)果可知，爆管的兩根水冷壁管金相組織基本無異常，管內(nèi)壁均發(fā)現(xiàn)少量腐蝕坑存在。

3 硬度檢驗(yàn)

使用HBE-3000A型布氏硬度計，在金相試樣表面進(jìn)行硬度測試，所得試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，硬度合格。

圖11 2號管樣遠(yuǎn)離爆口處背火面組織

4 結(jié)論

根據(jù)金相檢驗(yàn)結(jié)果，本次爆管金相組織無異常，管內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)少量腐蝕坑存在，硬度檢測合格。從爆口處的磨損痕跡看，爆管前水冷壁管受到嚴(yán)重磨損，壁厚減薄。水冷壁管壁厚檢查結(jié)果顯示，向火面壁厚減薄非常嚴(yán)重，靠近爆口處減薄加劇，而背火面無明顯減薄。該電廠水冷壁爆管的主要原因在于管子向火面長期受煙氣沖刷引起管子磨損減薄。為了保障該電廠安全運(yùn)行，應(yīng)檢查水冷壁管壁厚，對壁厚減薄量在30％以上的水冷壁管進(jìn)行更換。

表2 試樣硬度

樣品編號硬度值/HB控制范圍/HB 1135130～179 2134 3135 4137 5135 6134 7134 8135

［1］時金玉，于浩.20G鍋爐水冷壁爆管的分析［C］//連鑄裝備的技術(shù)創(chuàng)新和精細(xì)化生產(chǎn)技術(shù)交流會會議，2015.

［2］楊春明.鍋爐四管漏泄原因及預(yù)防措施的研究與應(yīng)用［J］.科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2012（27）：11-12.

［3］李建鋒，周宏，呂俊復(fù).火力發(fā)電機(jī)組2013年非計劃停運(yùn)統(tǒng)計及分析［J］.中國電力，2015，48（05）：1-4.

［4］李建鋒，周宏，呂俊復(fù).中國1 000 MW等級火力發(fā)電機(jī)組可靠性分析［J］.中國電力，2017，50（11）：1-7.

［5］中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DL/T 884—2004火電廠金相檢驗(yàn)與評定技術(shù)導(dǎo)則［S］.出版社不詳，2004.

［6］華東電力試驗(yàn)研究院.DL/T 674—1999 火電廠用20號鋼珠光體球化評級標(biāo)準(zhǔn)［S］.出版社不詳，1999.

2095－6835（2019）02－0055－04

TM621

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.02.055

趙騫（1990—），男，安徽安慶人，碩士，助理工程師，主要從事電網(wǎng)、電廠金屬材料研究，金屬部件性能研究。

〔編輯：張思楠〕