超臨界鍋爐包墻過熱器泄漏分析

董 鵬，王文濤，李鵬輝

（華電電力科學(xué)研究院有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

0 引言

目在火力發(fā)電企業(yè)非計(jì)劃停機(jī)事故中，“四管”泄漏所占比例一直居高不下，企業(yè)為預(yù)防“四管”泄漏，制定了各種制度與措施，但在具體實(shí)施過程中仍存在諸多問題，如設(shè)備安裝不規(guī)范和檢修存在疏漏[1]。某發(fā)電廠鍋爐屬于超臨界，一次再熱、單爐膛、前后墻對(duì)沖燃燒、尾部雙煙道、平衡通風(fēng)、全緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊π型超超臨界變壓運(yùn)行直流爐。鍋爐在某次小修結(jié)束運(yùn)行約3 000 h后，包墻過熱器泄漏。

泄漏點(diǎn)有兩處，一處位于前包墻過熱器懸吊管（以下稱“懸吊管”）爐左第1根彎管背弧處，另一處位于左包墻過熱器管（以下稱“左包墻管”）爐前第2根直管處。懸吊管規(guī)格為φ38.17 mm，材質(zhì)為12Cr1MoVG。左包墻管規(guī)格為φ31.86.5 mm，材質(zhì)為15CrMoG。

1 樣管檢驗(yàn)

1.1 泄漏管宏觀形貌觀察

左包墻管爆口沿管子直徑方向橫向開口，開口處管壁局部減薄，爆口周圍溝槽痕跡明顯，管徑未脹粗，管內(nèi)外壁未見裂紋或劃痕缺陷，管子無明顯氧化和腐蝕現(xiàn)象，如圖1所示。左包墻爆口具備次生爆口形貌特征。

圖1 左包墻管爆口形貌

懸吊管爆口位于彎管背弧，爆口較小，爆口周邊平緩性磨損，磨損區(qū)域與未磨損區(qū)域界限明顯，如圖2和圖3所示，懸吊管壁厚值見表1。懸吊管管徑未脹粗，管壁無明顯氧化和腐蝕現(xiàn)象。懸吊管爆口為典型煙氣磨損導(dǎo)致泄漏的形貌。

圖2 懸吊管爆口形貌正面

圖3 懸吊管爆口形貌側(cè)面

表1 壁厚測量值 /mm

在泄漏現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)2根泄漏管的爆口相對(duì)，懸吊管側(cè)弧迎向煙氣，懸吊管與下方鰭片間存在缺口，鰭片沿焊縫熔合線開裂，向斜后方變形移位。從缺口沿鰭片變形移位的路徑觀察，發(fā)現(xiàn)缺口與懸吊管爆口相對(duì)，如圖4所示。經(jīng)證實(shí)，鰭片開裂變形是在最近檢修過程中受撞擊導(dǎo)致，變形后未將其修復(fù)。

圖4 泄漏現(xiàn)場形貌

1.2 化學(xué)成分分析

對(duì)兩根泄漏管進(jìn)行定量化學(xué)成分分析，結(jié)果見表2。分析結(jié)果顯示，兩根泄漏管的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5310-2017對(duì)12Cr1MoV和15CrMo兩種管材的要求。

表2 化學(xué)成分分析結(jié)果 /%

1.3 力學(xué)性能檢測

對(duì)兩根泄漏管進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，結(jié)果見表3。試驗(yàn)結(jié)果顯示，兩根泄漏管的拉伸性能符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5310-2017對(duì)12Cr1MoV和15CrMo兩種管材的要求。

表3 拉伸性能檢驗(yàn)結(jié)果

1.4 金相分析

對(duì)兩根泄漏管進(jìn)行金相分析，左包墻管爆口附近組織為鐵素體+珠光體，未見異常組織，如圖5所示。懸吊管爆口附近組織為鐵素體+珠光體+粒狀貝氏體，未見異常組織，如圖6所示。

圖5 左包墻管爆口附近組織

圖6 懸吊管爆口附近組織

2 原因分析

1）懸吊管彎管爆口處呈現(xiàn)典型的煙氣磨損形貌。懸吊管與左包墻管之間的鰭片開裂，向斜后移位，形成斜上方向的通道，通道阻力較小，煙氣流經(jīng)時(shí)會(huì)改變走向并加速，對(duì)懸吊管彎管背弧面集中沖刷磨損，致管壁加速減薄而泄漏[3]。同時(shí)可以確認(rèn)懸吊管爆口為原始泄漏點(diǎn)。

2）懸吊管下方鰭片寬度不足，懸吊管與鰭片間存有缺口，不符合DL/T 939-2016《火力發(fā)電廠鍋爐受熱面管監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)導(dǎo)則》技術(shù)要求，缺口導(dǎo)致鰭片剛度不足，受外力時(shí)易變形。檢修過程中鰭片受撞擊開裂移位，未得到修復(fù)，致使懸吊管與鰭片間形成煙氣通道。

3）兩根泄漏管爆口相向，左包墻管爆口周圍局部減薄，吹損痕跡明顯，是典型次生爆口特征，可以判斷左包墻管是由懸吊管泄漏介質(zhì)吹損導(dǎo)致。

綜上所述，鰭片安裝不規(guī)范，懸吊管與鰭片間形成缺口，致鰭片剛度不足易變形。檢修管理不到位，懸吊管下方鰭片受撞擊開裂移位后未修復(fù)，鰭片區(qū)域形成煙氣走廊，煙氣對(duì)斜上方的彎管背弧集中沖刷，管壁加速磨損至泄漏。泄漏介質(zhì)吹損對(duì)面左包墻管發(fā)生次生泄漏。

3 處理及防范措施

1）更換泄漏管，焊后進(jìn)行無損探傷。

2）規(guī)范安裝懸吊管和左包墻管間的鰭片，保證無缺口，消除形成煙氣走廊的可能性。擴(kuò)大檢查范圍，對(duì)煙道所有受熱面進(jìn)行防磨防爆檢查，消除可能存在的煙氣走廊。

3）按照?qǐng)D紙及標(biāo)準(zhǔn)要求施工，加強(qiáng)焊接熱處理等環(huán)節(jié)全過程監(jiān)督管理。

4）根據(jù)本次泄漏原因，加強(qiáng)檢修管理，提高防磨防爆檢查有效性。

5）總結(jié)泄漏失效原因，及時(shí)更新設(shè)備臺(tái)賬，舉一反三，為今后事故處理提供借鑒參考。