火電站水冷壁爆管原因分析及處理方法

閆侯霞

(內(nèi)蒙古能源發(fā)電金山熱電有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010106)

1 基本情況

某發(fā)電公司#2鍋爐為東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的DG1065/18.2-Ⅱ6型鍋爐，為亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐，于2010年5月投產(chǎn)運(yùn)行，主汽額定溫度為540 ℃，額定壓力為17.4 MPa。運(yùn)行中水冷壁左墻后數(shù)第一根水冷壁管在標(biāo)高42 m處突然發(fā)生爆裂泄漏，爆管時(shí)機(jī)組負(fù)荷為187 MW，主汽溫度527 ℃，主汽壓力15.3 MPa,爆裂處水冷壁設(shè)計(jì)規(guī)格為Φ63.5 mm×7.5 mm，材質(zhì)為SA-210C。

2 檢查試驗(yàn)內(nèi)容及步驟

2.1 爆口位置及宏觀形貌觀察

爆口在水冷壁左墻后數(shù)第一根水冷壁管標(biāo)高42 m處，開(kāi)裂部位在管子的向火面熱負(fù)荷最高處，爆口較大長(zhǎng)約130 mm，最大寬度60 mm。破口呈撕裂狀，產(chǎn)生了較大的塑性變形，管壁減薄較多，由原始的7.5 mm減到了大約2.5 mm，邊緣薄而鋒利，整個(gè)爆口呈棗核狀，具體形貌如圖1所示。此水冷壁爆口的宏觀形貌基本符合短時(shí)超溫爆管的宏觀特征[1-4]，在對(duì)爆管附近區(qū)域檢查中發(fā)現(xiàn)爆口處上、下管子有明顯脹粗，在爆口下部有幾處明顯鼓包的部位。經(jīng)上述現(xiàn)象綜合分析，初步認(rèn)定為此根水冷壁內(nèi)部或與此根水冷壁連接的下聯(lián)箱有異物堵塞管子，導(dǎo)致此根水冷壁管汽水流動(dòng)不暢，向火面在爐內(nèi)高溫的作用下，致使管子超溫發(fā)生爆破、鼓包、脹粗的情況。檢查中還發(fā)現(xiàn)左墻后數(shù)第二根及第三根水冷壁管在爆口同一高度處均有沖刷減薄的情況。

圖1 水冷壁爆口

圖2 金相及硬度檢測(cè)位置

2.2 金相組織及硬度分析

為了便于分析，將爆口管從中間截為兩段進(jìn)行金相檢測(cè)，分別對(duì)爆口中間最寬處、向火面距爆口40 mm處、背火面中間部位(見(jiàn)圖2：1點(diǎn)、2點(diǎn)、3點(diǎn))3處進(jìn)行金相組織分析及硬度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1中就可以看出，靠近爆口附近1點(diǎn)(見(jiàn)圖3)的顯微組織為馬氏體+貝氏體+鐵素體，硬度達(dá)到了240 HB，說(shuō)明斷裂處溫度已達(dá)到甚至超過(guò)SA-210C鋼種的AC3線，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于了材料的最高使用溫度450 ℃。向火面距爆口40 mm處2點(diǎn)的顯微組織為貝氏體+鐵素體，硬度207 HB，析出鐵素體延晶界分布，有部分未熔鐵素體存在，說(shuō)明在此區(qū)域溫度已達(dá)到AC1和AC3之間。背火面中間部位3點(diǎn)顯微組織為珠光體+鐵素體，硬度170 HB，組織未發(fā)現(xiàn)明顯變化，硬度值在正常值范圍內(nèi)。

表1 泄露管金相硬度檢測(cè)情況

通過(guò)對(duì)爆管金相組織的觀察和分析得知，爆管向火面有相變或不完全相變發(fā)生，能觀察到不同程度的相變組織，如淬火或回火組織低碳馬氏體，貝氏體以及被拉長(zhǎng)的鐵素體和珠光體。由此可以得知，此水冷壁管向火面溫度曾達(dá)到臨界溫度以上或是兩相區(qū)溫度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了材料SA-210C的額定溫度450 ℃。在這樣高的溫度下鋼的抗拉強(qiáng)度急劇下降，管子發(fā)生大量塑性變形，管徑脹粗，管壁減薄，隨后發(fā)生斷裂而脹破。而且由于管內(nèi)介質(zhì)對(duì)炙熱管壁產(chǎn)生激冷作用，使得爆口處出現(xiàn)相變或不完全相變的組織。由此看來(lái)，此水冷壁爆管的直接原因是短時(shí)超溫爆管。

圖3 1點(diǎn)處金相組織

圖4 2點(diǎn)處金相組織

圖5 3點(diǎn)處金相組織

2.3 爆管水冷壁堵塞異物查找

圖6 堵塞異物

按照初步分析思路在發(fā)生泄露水冷壁管內(nèi)或水冷壁下聯(lián)箱內(nèi)應(yīng)有堵塞管道物質(zhì)存在，在切除鼓包、脹粗管段過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在爆口管33 m安裝焊縫下部3 mm處有一團(tuán)鐵屑、焊渣等聚集一起的硬塊，直徑約45 mm，硬塊具體形態(tài)見(jiàn)圖6，此處管壁厚度為7 mm，直徑為64.7 mm。同時(shí)將對(duì)應(yīng)水冷壁下聯(lián)箱手孔切開(kāi)后發(fā)現(xiàn)存在鐵屑、銹垢、焊渣等混合的粉狀物。

2.4 通水試驗(yàn)及通球試驗(yàn)

為確保管內(nèi)無(wú)其他異物堵塞管道，將水冷壁管內(nèi)及下聯(lián)箱內(nèi)異物清除干凈后，對(duì)圖7所示的3根水冷壁管內(nèi)進(jìn)行通水試驗(yàn)，通水過(guò)程中管道內(nèi)水流暢通，為進(jìn)一步確保3根水冷壁管道內(nèi)無(wú)異物存在，接著進(jìn)行了通球?qū)嶒?yàn)，通球直徑為31 mm，通球試驗(yàn)順利完成，未見(jiàn)異常。

2.5 切管位置確定及測(cè)量數(shù)據(jù)

經(jīng)壁厚及管徑測(cè)量確定切管根數(shù)為3根(見(jiàn)圖7)，分別為爐左墻后數(shù)第一根水冷壁管(爆口管)，上切口位置為43 m焊口處，切口處管徑為Φ63.7 mm，向火面壁厚7.36 mm，背火面壁厚7.58 mm，下切口位置為32 m，切口處管徑為Φ63.7 mm，向火面壁厚7.41 mm，背火面壁厚7.52 mm。爐左墻后數(shù)第二根水冷壁管上切口位置為43 m焊口處，切口處管徑為Φ63.9 mm，向火面壁厚7.35 mm，背火面壁厚7.34 mm，切管長(zhǎng)度1 800 mm，下切口處管徑為Φ63.9 mm，向火面壁厚7.02 mm，背火面壁厚7.24 mm。爐左墻后數(shù)第三根水冷壁管上切口位置為42.5 m處，切口處管徑為Φ63.6 mm，向火面壁厚7.44 mm，背火面壁厚7.28 mm，切管長(zhǎng)度710 mm，下切口處管徑為Φ63.8 mm，向火面壁厚7.31 mm，背火面壁厚7.41 mm。切除不合格管段后對(duì)管道切口處及下聯(lián)箱手孔進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)焊口8道，恢復(fù)聯(lián)箱手孔一個(gè)，焊后對(duì)所有焊口進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)異常。所換管道為隨爐備件，為確保使用可靠性，將隨爐備件取樣送檢進(jìn)行化學(xué)、金相、力學(xué)等檢測(cè)，各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果符合要求。

圖7 爆口位置示意

2.6 水壓試驗(yàn)

在所有焊口恢復(fù)并檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行水壓試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)鍋爐受熱面新漏點(diǎn)且5 min壓降值符合要求，水壓試驗(yàn)成功，點(diǎn)火運(yùn)行后，受熱面運(yùn)行平穩(wěn)。

3 結(jié)論

①根據(jù)宏觀檢查及金相組織分析可知，水冷壁爆管直接原因?yàn)槎虝r(shí)超溫。②根據(jù)檢查及試驗(yàn)情況，基建過(guò)程中管內(nèi)遺留大量焊渣、鐵屑等雜物聚集致使管內(nèi)異物堵塞導(dǎo)致管壁超溫是此次爆管的直接原因。③通過(guò)測(cè)量方法確定切管位置，切管處的測(cè)量數(shù)據(jù)符合規(guī)程相關(guān)要求，更換管段經(jīng)力學(xué)、化學(xué)、金相分析，符合使用要求。通過(guò)灌水、通球試驗(yàn)檢查保證了管道的暢通，進(jìn)一步通過(guò)水壓試驗(yàn)進(jìn)一步確定鍋爐嚴(yán)密性，防患于未然。