某電廠1 025 t/h鍋爐水冷壁泄漏原因分析

王文濤，董鵬，陳明

（華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

0 引言

包括水冷壁在內(nèi)的受熱面“四管”是火電廠重要的設(shè)備部件。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國火電機(jī)組由于鍋爐事故造成機(jī)組非計劃停運(yùn)的比例約為40%，而在造成鍋爐事故的各項原因中，“四管”泄漏占比高達(dá)70%[1]。某電廠7號鍋爐為型號HG-1025/17.5-YM36的亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐。2020年7月份，水冷壁發(fā)生泄漏，機(jī)組被迫停運(yùn)。

1 事件經(jīng)過

2020年7月16日，7號機(jī)組負(fù)荷264 MW，主汽壓力14.55 MPa，主蒸汽流量820 t/h。1~3號磨煤機(jī)運(yùn)行，1、2號送風(fēng)機(jī)，1、2號引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，各參數(shù)運(yùn)行正常。20時15分，鍋爐前側(cè)渣井處存在輕微泄漏聲，22時判斷前側(cè)水冷壁渣井處存在泄漏點(diǎn)。主蒸汽、再熱蒸汽壓力、流量，主給水流量未見明顯變化。7月17日20時，機(jī)組停機(jī)。

2 泄漏情況

檢查發(fā)現(xiàn)標(biāo)高7.7 m前墻水冷壁共計2處泄漏點(diǎn)，分別位于自甲側(cè)向乙側(cè)數(shù)第104、105根管，水冷壁規(guī)格Φ63.5×7 mm，材質(zhì)SA-210C。經(jīng)宏觀檢查可知，兩處泄漏點(diǎn)所處母材均存在介質(zhì)沖刷溝槽，其中泄漏點(diǎn)A附近呈Φ35 mm圓形溝槽，泄漏點(diǎn)B附近呈25×12 mm矩形溝槽，溝槽長度走向與管長度方向一致，見圖1（a）。自甲向乙數(shù)第104根管對接焊縫存在1處長約25 mm縱向裂紋缺陷，裂紋一端和鰭片與管子母材焊縫相連，裂紋起源于鰭片焊縫，見圖1（b）。鰭片焊縫存在明顯未熔合現(xiàn)象，焊縫質(zhì)量差，見圖1（c）。觀察介質(zhì)沖刷母材痕跡，裂紋處介質(zhì)泄漏沖刷方向正對泄漏點(diǎn)B。泄漏點(diǎn)B管子內(nèi)壁存在1處貫穿性孔洞，大小為Φ3 mm，孔洞尺寸外表面較大而內(nèi)壁側(cè)較小并結(jié)合泄漏點(diǎn)B沖刷形貌，可判斷該孔洞為由外向內(nèi)擴(kuò)展而非相反，見圖1（d）。除泄漏區(qū)域外，兩根管外觀質(zhì)量完好，未見損傷砸傷痕跡。兩根管未見脹粗、壁厚減薄等超標(biāo)現(xiàn)象，內(nèi)壁表面未見異常氧化、明顯腐蝕現(xiàn)象，外表面未見明顯氧化現(xiàn)象。

圖1 水冷壁泄漏點(diǎn)外觀形貌

3 擴(kuò)大檢查

為確認(rèn)裂紋缺陷情況，先后對焊縫內(nèi)、外壁進(jìn)行滲透檢測。結(jié)果顯示，焊縫內(nèi)壁進(jìn)行滲透檢測時發(fā)現(xiàn)長8 mm裂紋缺陷；清潔內(nèi)外表面后在外壁施加滲透劑，檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁出現(xiàn)滲漏的滲透劑。由此可知：裂紋起源于鰭片焊縫并擴(kuò)展，在水冷壁對接焊縫內(nèi)、外表面呈貫穿性裂透，見圖2、圖3、圖4。對發(fā)生泄漏的鄰近水冷壁管段進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)損傷砸傷、脹粗鼓包及減薄超標(biāo)，外表面未見明顯氧化、腐蝕現(xiàn)象。

圖2 對接焊縫裂紋缺陷

圖3 焊縫內(nèi)壁裂紋缺陷

圖4 外表面施加滲透劑內(nèi)壁滲漏

4 取樣試驗

對泄漏及鄰近管外觀完好部位割管取樣進(jìn)行試驗分析，取樣情況見表1。

表1 割管取樣情況表

4.1 化學(xué)成分分析

采用SPECZROMAXx型直讀光譜儀對4根管樣進(jìn)行了化學(xué)成分分析，結(jié)果表明，4根管樣的化學(xué)成分各元素含量均符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求，不存在錯用材質(zhì)情況。

4.2 力學(xué)性能試驗

采用CMT5305型電子萬能試驗機(jī)對各支管樣進(jìn)行常溫拉伸力學(xué)性能檢測，檢測結(jié)果見表2?？梢钥闯?，4支管樣各項力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 水冷壁管取樣力學(xué)性能檢測結(jié)果

4.3 顯微組織分析

對4根管樣母材進(jìn)行金相顯微組織分析，組織未見異常，管樣1金相組織見圖5。

圖5 金相顯微組織500×

5 檢修運(yùn)行情況

2020年5月，7號鍋爐C修期間，電廠割取水冷壁進(jìn)行了化學(xué)試驗分析。本次發(fā)生泄漏的甲至乙數(shù)第104管即為取樣管，其對接焊縫為割管取樣后的新焊縫，見圖1（a）。新焊縫經(jīng)宏觀檢查、超聲波檢測后，對鰭片進(jìn)行了焊接，但未見鰭片焊縫相關(guān)檢測記錄。根據(jù)受熱面“逢停必查”的工作要求，在歷次檢修期間，電廠對水冷壁均進(jìn)行了檢查。除2017年9月、2018年機(jī)組臨停期間因未搭設(shè)爐內(nèi)平臺不具備檢查條件外，2017年5月、2019年8月、2020年5月均對水冷壁的鼓包、裂紋及壁厚等情況均進(jìn)行了抽查，檢查結(jié)果未見異常。7號機(jī)組自投運(yùn)至本次停機(jī)，機(jī)組累計運(yùn)行87 200 h，累計啟停108次。對本次泄漏前3個月壁溫測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查可知，未見水冷壁超溫情況，符合運(yùn)行及標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 原因分析

水冷壁未見脹粗鼓包、氧化、腐蝕等現(xiàn)象，泄漏原因可排除過熱、腐蝕因素。兩根管漏點(diǎn)相對，泄漏點(diǎn)B為明顯次生泄漏形貌，因此可判斷第104根管的裂紋為第一泄漏點(diǎn)。該裂紋起源于鰭片焊縫，鰭片焊縫存在明顯未熔合現(xiàn)象，焊接質(zhì)量差，在運(yùn)行過程中鰭片焊縫缺陷處產(chǎn)生裂紋，延伸至水冷壁對接焊縫并裂穿導(dǎo)致泄漏，泄漏介質(zhì)將鄰近的第105根管吹損發(fā)生泄漏，機(jī)組停機(jī)。

7 結(jié)語

經(jīng)現(xiàn)場檢查、檢驗試驗并結(jié)合檢修及運(yùn)行情況認(rèn)為，水冷壁鰭片焊接不規(guī)范，鰭片焊縫發(fā)生開裂，裂紋擴(kuò)展至水冷壁對接焊縫并裂穿導(dǎo)致介質(zhì)發(fā)生泄漏，是本次水冷壁發(fā)生泄漏的最主要原因。

針對泄漏原因，建議采取以下處理及預(yù)防措施：首先，更換泄漏及受損管子，新管子安裝前可進(jìn)行渦流探傷排查缺陷[3]，對新焊接的環(huán)焊縫、鰭片焊縫進(jìn)行外觀質(zhì)量、滲透、超聲波等無損檢測；其次，提高防磨防爆檢查力度及范圍，特別注意鰭片焊縫、管子對接焊縫的外觀質(zhì)量[4]，懷疑存在裂紋等缺陷時應(yīng)增加滲透、射線、超聲波等無損檢測；最后，進(jìn)一步加強(qiáng)焊接技術(shù)監(jiān)督管理，規(guī)范焊接環(huán)節(jié)、提高焊接質(zhì)量[5]，降低水冷壁焊縫開裂頻次，提升機(jī)組安全可靠性。