鍋爐水冷壁管分層原因分析及處理

摘要：鍋爐水冷壁爆管事故是鍋爐運行中最常見的事故之一，引發(fā)事故的原因基本可歸納為腐蝕、磨損、過熱、裂紋四類。一旦水冷壁出現(xiàn)爆管事故，極易造成緊急停爐影響生產(chǎn)，甚至發(fā)生人身傷亡，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失。

關(guān)鍵詞：水冷壁管分層;氧化皮;裂紋;

1 引言

鍋爐水冷壁最常見的缺陷有腐蝕、磨損、過熱、裂紋四類。腐蝕包括水側(cè)內(nèi)壁腐蝕和向火側(cè)外壁腐蝕，水側(cè)腐蝕有給水氧超標(biāo)、酸、堿或其它原因引起，向火側(cè)腐蝕又稱為“還原氣氛腐蝕”，主要是在環(huán)保要求下鍋爐采取低氮燃燒， 燃燒器送風(fēng)配比調(diào)整不合理， 由還原性氣氛下高溫硫腐蝕造成的;磨損包括吹灰沖蝕與煤粒磨損，水冷壁磨損的部位主要是在一次風(fēng)口周圍的水冷壁管，因風(fēng)粉流沖刷磨損和吹灰器吹掃時的沖刷磨損等引發(fā);過熱包括短期過熱（超溫爆管）與長期過熱（高溫蠕變）;裂紋主要為橫向熱疲勞裂紋等，橫向熱疲勞裂紋的產(chǎn)生是由于爐壁傳熱惡化，而使?fàn)t壁溫度超過容許值，或爐壁溫度長期波動時，爐壁管會因金屬強度下降或金屬疲勞而產(chǎn)生熱疲勞裂紋，進(jìn)而導(dǎo)致破裂。本文從水冷壁裂紋入手進(jìn)行鍋爐水冷壁管分層的原因分析及處理。

2 水冷壁管分層情況

某熱電廠 2X330MW 供熱工程鍋爐采用擺動式燃燒器調(diào)溫，四角布置、切向燃燒，正壓直吹式制粉系統(tǒng)、單爐膛。水冷壁采用外徑Φ45mm的光管和內(nèi)螺紋管，節(jié)距為 57mm，管間用扁鋼焊接形成完全氣密封爐膛。爐膛折煙角由節(jié)距為 63.33mm，外徑為 Φ51mm 的內(nèi)螺紋管加扁鋼焊接而成。水冷壁延伸側(cè)墻采用Φ51光管，節(jié)距為 114mm。組裝方式采用膜式管屏現(xiàn)場安裝，材質(zhì)為20G，該機組平時按照省調(diào)要求，參與調(diào)峰使用。在機組大修過程中，發(fā)現(xiàn)在爐膛燃燒器層區(qū)域水冷壁后墻某管測厚異常，現(xiàn)場檢查該管外壁未有明顯減薄發(fā)生，但輕微打磨噴涂層后，表面有細(xì)微橫向紋路，使用聲波側(cè)厚儀測數(shù)2.7mm，懷疑該水冷壁管母材有分層情況，將樣品送檢后做初步分析（如圖1）。

3 原因分析

根據(jù)分析照片，該公司組織相關(guān)技術(shù)人員對該機組水冷壁管后墻進(jìn)行全面測厚，主要涉及折煙角、SOFA風(fēng)層、高溫燃燒區(qū)、冷灰斗等區(qū)域，通過近500組數(shù)據(jù)結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)后墻#2角燃燒器至#3角燃燒器第41根水冷壁管B1層燃燒器中心線至B層油槍中心線標(biāo)高處，出現(xiàn)測量數(shù)據(jù)大幅度跳躍的情況，即在同一根水冷壁管相近（約20CM）部位測量數(shù)據(jù)顯示5.3MM與1.4MM兩種，隨即檢查人員對超聲波測厚儀進(jìn)行更換，重新獲得數(shù)據(jù)，基本與初次測量數(shù)據(jù)一致。進(jìn)一步對異常管進(jìn)行切割打磨，發(fā)現(xiàn)管中出現(xiàn)細(xì)微樹紋狀凹坑，繼續(xù)打磨時出現(xiàn)肉眼見紋路，并做滲透試驗（圖2）

按照前期檢查經(jīng)驗，防磨防爆檢查小組再次對水冷壁前墻、左墻、右墻擴大檢查，按一次風(fēng)、二次風(fēng)、油槍等中心線標(biāo)高位置分層“蛛網(wǎng)”示測控，發(fā)現(xiàn)前墻#4角燃燒器至#1角燃燒器第17根水冷壁管A1層燃燒器中心線至燃燒器底部下2M標(biāo)高處、左墻#1角燃燒器至#4角燃燒器第49根水冷壁管C1層燃燒器中心線至B2層燃燒器中心線標(biāo)高處也出現(xiàn)測量數(shù)據(jù)大幅度跳躍的情況，綜合測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行充分比對，發(fā)現(xiàn)異常分層管3根，隨對發(fā)現(xiàn)的3處水冷壁管進(jìn)行割樣送檢（結(jié)果如圖）。

通過以上測量檢查與試驗結(jié)果表明，可以得出結(jié)論：鍋爐水冷壁受熱面管在運行過程中會出現(xiàn)分層情況，且相對集中在水冷壁高溫燃燒器區(qū)域，其主要原因可歸結(jié)三種：一是機組啟停頻次高，熱冷態(tài)轉(zhuǎn)變過程中水冷壁管拉傷;二是水冷壁管過熱導(dǎo)致出現(xiàn)局部應(yīng)力;三是水冷壁管制造工藝不佳。

4 處理措施

（1）采用機械方法沿20G管接頭焊縫處切割，水冷壁管割除，焊接水冷壁管上下口使用切割機進(jìn)行切割，鰭片部位使用氣割進(jìn)行切割，將泄漏及磨損的水冷壁管進(jìn)行割除，割除時，不能傷及附近的水冷壁管子，割除管子嚴(yán)格按照檢修工藝，長度不小于800mm。

（2）割管后利用記號筆標(biāo)明介質(zhì)流向。利用水溶紙將水冷壁下口封堵。利用坡口機對水冷壁管上下口進(jìn)行坡口加工。坡口采用V型坡口，坡口角度為35°，并保留1mm鈍邊。 具體要求如圖7所示：

（3）裝配焊接前徹底清除待焊接區(qū)域及其鄰近金屬表面至少30mm的油、水、銹蝕等雜物，直至露出金屬光澤。

（4）焊接材料選用全氬弧焊接，所使用的焊材為TIG—J50。焊接前使用光譜儀確認(rèn)焊絲的材質(zhì)，焊接電流采用80～100A。

（5）焊接接頭有超標(biāo)缺陷時采取挖補方式進(jìn)行返修。但同一位置上的挖補次數(shù)不超過3次。焊接質(zhì)量有較大缺陷時必須要進(jìn)行重新焊接。對密封進(jìn)行焊接時，不允許倒流焊接，不允許出現(xiàn)咬邊現(xiàn)象。

（6）焊接完成后，對焊口進(jìn)行X射線探傷，所有焊口合格后方可進(jìn)行密封的焊接工作。

5 后續(xù)工作

（1）按照《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》（DL/T438-2016）第8.2.1“機組每次A級檢修或B級檢修，按要求對受熱面進(jìn)行檢測，必要時進(jìn)行超聲波、渦流或磁記憶檢測，重點檢查高溫燃燒區(qū)域。在機組檢修過程中認(rèn)真執(zhí)行檢驗要求，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

（2）必要時聯(lián)系鍋爐廠家，對機組運行過程中存在水冷壁管子進(jìn)行材質(zhì)升級優(yōu)化，徹底消除隱患。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] DL/T 438-2016，火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程[S].中國電力出版社，2016

收稿日期：

作者簡介：

席青（1991年生），男，陜西寶雞籍，本科學(xué)歷，助理工程師職稱，華電渠東發(fā)電有限公司鍋爐維護技術(shù)員，負(fù)責(zé)鍋爐專業(yè)技術(shù)管理工作