某爐右包墻下集箱管座泄漏分析及處理措施

鄭景河，張曉旭

（中國特種設(shè)備檢測研究院，北京 100029）

隨著現(xiàn)代大型火電企業(yè)的迅速發(fā)展，鍋爐的運(yùn)行參數(shù)相應(yīng)提高，導(dǎo)致鍋爐本體所承受的溫度和壓力也不斷加大，承壓部件易發(fā)生不同程度的損傷。集箱管座作為鍋爐的重要部件，在鍋爐運(yùn)行中起著重要作用。一般來說，管座焊縫的工作條件惡劣，長期處于高溫高壓的工作環(huán)境中，很容易發(fā)生焊縫開裂的事故，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生泄漏事故和停爐，甚至造成人身傷亡。因此及時(shí)發(fā)現(xiàn)集箱管座裂紋和妥善處理管座泄漏尤為必要，研究集箱管座焊縫開裂的產(chǎn)生原因和機(jī)理、過程及發(fā)現(xiàn)方法，提出預(yù)防措施，對于鍋爐安全運(yùn)行有非常重要的意義。

本文中筆者以某廠2#鍋爐右包墻下集箱管座泄漏案例進(jìn)行失效分析，同時(shí)做出了相應(yīng)的處理措施，以期避免此類事件的再次發(fā)生。

1 事故概況

2020年11月23日08點(diǎn)46分，通過數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，2#機(jī)組負(fù)荷360MW，通過測點(diǎn)能量棒圖發(fā)現(xiàn)2#爐爐管泄漏裝置中的25#測點(diǎn)顯示異常升高，此時(shí)，集箱管座已開始發(fā)生泄漏。

2020年11月24日01點(diǎn)13分，2#機(jī)組負(fù)荷迅速下降，變成了260MW。機(jī)組運(yùn)行人員通知2#爐爐管泄漏裝置25#測點(diǎn)顯示異常升高，要求設(shè)備部鍋爐專業(yè)配合檢查確認(rèn)。經(jīng)過系統(tǒng)檢查，爐后右側(cè)高省入口集箱處有明顯泄漏聲音。11月24日04點(diǎn)20分，辦理緊急搶修單打開右側(cè)高省人孔門，發(fā)現(xiàn)有明顯的蒸汽泄漏聲音，此時(shí)，向人孔門內(nèi)深入φ32不銹鋼管進(jìn)行查漏，發(fā)現(xiàn)不銹鋼管表面附著爐灰立即變成了泥，且確認(rèn)泄漏方向?yàn)榘鼔τ液蠼牵蛏霞夘I(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)申請停爐檢修。

2020年11月24日05點(diǎn)39分，運(yùn)行人員降負(fù)荷將壓力觀察運(yùn)行。此時(shí)負(fù)荷為150MW，汽壓12MPa，維持運(yùn)行40h。

2020年11月25日23點(diǎn)55分，2#機(jī)組正式停運(yùn)檢修。本次事故從發(fā)現(xiàn)泄漏直至停運(yùn)共運(yùn)行約60h。

2 事故原因分析

通常，致使集箱管座焊縫出現(xiàn)裂紋包括溫差應(yīng)力、組織球化、應(yīng)力集中三個(gè)主要因素。鍋爐的集箱管座在工作過程中會承受來自各方面的應(yīng)力，受力條件復(fù)雜，一旦焊縫技術(shù)條件達(dá)不到，長時(shí)間工作的鍋爐就極有可能發(fā)生泄漏事故。此外，由于集箱管座焊縫的內(nèi)部不容易觀察到，往往在工作過程中會產(chǎn)生氣孔等缺陷，這些缺陷往往需要通過超聲波、磁粉探傷等技術(shù)手段來檢測，如果不重視，那么，這些微小缺陷很容易在應(yīng)力集中的條件下慢慢擴(kuò)展，達(dá)到一定程度后在宏觀上就表現(xiàn)為泄漏事故。為保障鍋爐機(jī)組的正常運(yùn)行，以上因素不容忽視。

經(jīng)過技術(shù)人員的就地檢查，發(fā)現(xiàn)右側(cè)包墻下集箱后墻彎頭管座泄漏，如圖1所示。其中，6、7、8三根管座及集箱本體受損，6、7、8三根管座造成了泄漏，集箱本體沖刷為長約100mm、寬約13mm、深約20mm的沖刷槽。

圖1 右側(cè)包墻下集箱后墻彎頭管座泄漏示意圖

6號管座與集箱焊口（鍋爐廠家制造焊口）內(nèi)存在焊接缺陷，焊縫內(nèi)存在較大氣孔。管座泄漏點(diǎn)為原爆口，其直徑約為2mm。6號管座在長期變負(fù)荷運(yùn)行期間，以氣孔為中心產(chǎn)生裂紋，裂紋貫穿后6號管座發(fā)生泄漏。發(fā)生泄漏的6號管座將對側(cè)7號管座根部吹損泄漏。6號管座泄漏將8號管座與鰭片連接處吹損減薄后產(chǎn)生7個(gè)泄漏點(diǎn)，8號管座大量泄漏點(diǎn)對集箱本體沖刷對集箱本體造成了嚴(yán)重的損傷。

3 處理措施

通過相關(guān)技術(shù)人員的現(xiàn)場測量，發(fā)現(xiàn)6、7、8三個(gè)集箱管座均有大面積沖刷減薄的現(xiàn)象，而且它們的減薄量均達(dá)到了50%以上。這時(shí)候如果采用補(bǔ)焊工藝，將無法保證焊接質(zhì)量，因此，不具備補(bǔ)焊條件，必須對以上產(chǎn)生泄漏的集箱管座進(jìn)行更換。對于集箱本體，其沖刷深度約17m（原厚度為60mm），按照規(guī)范要求沖刷深度＜30%時(shí)可采用補(bǔ)焊工藝進(jìn)行處理，因此按照焊接要求對集箱沖刷槽進(jìn)行打磨再補(bǔ)焊即可。

所有焊接工作前對集箱本體進(jìn)行火焰加熱，確保焊接過程中集箱本體溫度達(dá)到150℃，滿足焊接要求。6道焊口均采用氬弧打底電焊蓋面焊接工藝，最大限度減少焊渣進(jìn)入集箱內(nèi)部。

焊接完成后，對集箱本體及管座焊接焊口及焊口熱影響區(qū)域進(jìn)行熱處理。利用火焰加熱以上焊接，按照200℃/h溫升率進(jìn)行加熱直至焊接區(qū)域至720℃以上迅速敷設(shè)保溫棉進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間3h。緩冷結(jié)束后進(jìn)行無損檢測，受制于現(xiàn)場條件對集箱與管座3道焊口進(jìn)行滲透檢測，對管座與管道3道焊口進(jìn)行超聲波檢測，檢測合格后進(jìn)行鰭片密封焊接，恢復(fù)現(xiàn)場保溫。

4 整改防范措施

針對某廠目前發(fā)生過的集箱管座焊口失效而造成的泄漏事故進(jìn)行分析，制定有針對性的檢查計(jì)劃，將集箱管座焊口無損檢測納入計(jì)劃檢修項(xiàng)目，同時(shí)應(yīng)根據(jù)自身制造設(shè)備、人員等狀況，重新對集箱管座進(jìn)行焊接工藝評定，以確保焊接工藝的正確性。

在確認(rèn)發(fā)生受熱面泄漏時(shí)，應(yīng)該及時(shí)向領(lǐng)導(dǎo)報(bào)告并申請停運(yùn)鍋爐，避免泄漏事故嚴(yán)重，從而延長檢修周期和增加修理成本。

建議縮短鍋爐運(yùn)行周期或降低鍋爐運(yùn)行負(fù)荷，定期對鍋爐進(jìn)行全方位的檢查。

嚴(yán)格控制尾部煙道此區(qū)域的煙氣溫度，確保此區(qū)域煙氣溫度＜490℃（此區(qū)域包墻管及集箱均為12Cr1MoVG材質(zhì)，該材質(zhì)有再熱裂紋傾向，再熱裂紋溫度區(qū)間為640～760℃，貝氏體熱影響區(qū)再熱裂紋敏感性較高）。

鍋爐運(yùn)行時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)爐管泄漏裝置畫面監(jiān)視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并上報(bào)，確保鍋爐設(shè)備安全運(yùn)行。

5 結(jié)語

本文對某廠一鍋爐右包墻下集箱管座焊縫開裂而引發(fā)的泄漏事故進(jìn)行了失效原因分析，發(fā)現(xiàn)6號管座在長期變負(fù)荷運(yùn)行期間，以氣孔為中心產(chǎn)生裂紋，裂紋貫穿后6號管座發(fā)生泄漏，這是導(dǎo)致管座泄漏的根本原因，發(fā)生泄漏的6號管座將7號和8號管座吹損使其泄漏。最后根據(jù)檢查和分析結(jié)果，及時(shí)采取了更換集箱管座、補(bǔ)焊集箱等整改措施，同時(shí)根據(jù)技術(shù)要求對其進(jìn)行了無損檢測和熱處理，從而解決了2#鍋爐中存在的問題，消除了設(shè)備隱患。