鍋爐爐頂大包水冷壁泄漏分析

（江西省景德鎮(zhèn)市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

0 引言

2017年12月27日1:50，某電廠3號(hào)鍋爐爐頂大包底部標(biāo)高61.6 m部位的前水冷壁發(fā)生外泄漏；12月31日23:54，按照調(diào)度要求停備；2018年1月2日，電廠對(duì)爐頂大包內(nèi)部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)泄漏位置為爐左數(shù)第4個(gè)前墻水冷壁上集箱爐左數(shù)第37根管預(yù)埋填板位置（該位置與大包前部底板相連，距水冷壁上聯(lián)箱中心線1 826 mm），泄漏口沿管子縱向方向呈撕裂狀爆口。水冷壁管規(guī)格為Φ28×6 mm，材質(zhì)15CrMo，填板規(guī)格為100×40×6 mm的方型板，材質(zhì)12Cr1MoV，對(duì)泄漏部位取樣進(jìn)行原因分析[1-3]。

1 理化分析

1.1 宏觀檢查

泄漏位置在爐頂前水冷壁爐左數(shù)第4個(gè)集箱，左數(shù)第37根管子與大包底板接觸位置預(yù)埋填板附近，泄漏口在管子背火側(cè)正中間位置，呈縱向狀撕裂（長(zhǎng)約100 mm），泄漏口附近無明顯脹粗，無明顯減薄（泄漏口附近厚度為5.86 mm），檢查附近區(qū)域管子發(fā)現(xiàn)第44根管子與密封填板焊縫熔合線處存在裂紋，泄漏區(qū)域距水冷壁管上安裝焊縫約1.2 m，如圖1-4所示。

圖1 泄漏區(qū)域宏觀照片

圖2 第37根管泄漏口

圖3 第44根管與密封填板焊縫裂紋

圖4 泄漏區(qū)域水冷壁宏觀照片

水冷壁與大包底板連接結(jié)構(gòu)：前墻水冷壁以1 760 mm寬為一組，每2根水冷壁管之間焊接一塊規(guī)格為100×40×6 mm的預(yù)埋填板，將一塊規(guī)格為1648×50×6 mm扁鋼與各填板焊接，再將整個(gè)大包前部底板與扁鋼中部焊接，上部連續(xù)滿焊、下部斷續(xù)點(diǎn)焊，如圖5（a，b）所示。

對(duì)泄漏區(qū)域進(jìn)行宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，前墻水冷壁爐左數(shù)第4個(gè)集箱左數(shù)第33~50根管子存在明顯變形，向外凸出，與水冷壁變形區(qū)域接觸的大包底板與固定橫梁焊縫發(fā)生拉裂，如圖6、7所示；同時(shí)發(fā)現(xiàn)第4個(gè)集箱左數(shù)第3、4根管子之間鰭片從最上部往下撕裂約1 m長(zhǎng)，如圖8所示。

圖5 水冷壁與大包底板連接宏觀照片（a從上往下看、b從下往上看）

圖6 泄漏區(qū)域變形宏觀照片

圖7 大包底板與固定橫梁焊縫拉裂

圖8 水冷壁鰭片焊縫拉裂

1.2 泄漏管宏觀檢查情況

對(duì)泄漏區(qū)域管子進(jìn)行宏觀檢查，外表面未發(fā)現(xiàn)裂紋；對(duì)第33~45根管共13根管進(jìn)行縱向剖開檢查，發(fā)現(xiàn)預(yù)埋填板區(qū)域管子內(nèi)表面存在肉眼可見裂紋，如圖9、10所示；對(duì)管子填板處橫向剖開檢查，發(fā)現(xiàn)填板與水冷壁管子焊縫沿熔合線開裂，如圖11所示；預(yù)埋填板范圍以外的水冷壁上、下管內(nèi)壁未發(fā)現(xiàn)裂紋。

圖9 左數(shù)45根管子內(nèi)壁宏觀照片

圖10 泄漏管內(nèi)壁宏觀照片

圖11 左數(shù)44根管填板焊縫裂紋宏觀照片

1.3 取樣分析

對(duì)水冷壁泄漏管及其附近管進(jìn)行取樣分析，泄漏管母材化學(xué)成分分析符合GB 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)要求，如表1所示；泄漏管附近管子力學(xué)性能測(cè)試檢驗(yàn)結(jié)果均符合GB 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)要求，具體數(shù)據(jù)如表2所示；對(duì)水冷壁泄漏管及其附近管預(yù)埋填板區(qū)域水冷壁管壁取樣進(jìn)行金相組織分析，管壁母材金相組織均為鐵素體+珠光體，爐左數(shù)第4個(gè)水冷壁集箱對(duì)應(yīng)管子內(nèi)壁存在嚴(yán)重裂紋（裂紋深度約0.2 mm），遠(yuǎn)離泄漏區(qū)域的第5個(gè)水冷壁集箱左數(shù)第19根管子內(nèi)壁存在表面裂紋（裂紋深度約0.1 mm），如圖12-15所示。

表1 泄漏管母材化學(xué)成分分析結(jié)果%

表2 左數(shù)42根管子母材力學(xué)性能分析結(jié)果

圖12 第42根管背火側(cè)內(nèi)壁金相組織

圖13 第42根管向火側(cè)內(nèi)壁金相組織

圖14 爐左數(shù)第5個(gè)聯(lián)箱第19根管向火側(cè)內(nèi)壁金相組織

圖15 爐左數(shù)第5個(gè)聯(lián)箱第19根管背火側(cè)內(nèi)壁金相組織

2 分析討論

取樣分析結(jié)果顯示水冷壁泄漏管母材化學(xué)成分、力學(xué)性能及金相組織均正常，材質(zhì)合格。

宏觀檢查結(jié)果顯示，水冷壁內(nèi)壁裂紋只發(fā)生在距管口約1.2 m的預(yù)埋填板位置附近向火側(cè)及背火側(cè)管壁，背火側(cè)比向火側(cè)管內(nèi)壁裂紋嚴(yán)重，表明預(yù)埋填板的結(jié)構(gòu)影響水冷壁內(nèi)壁產(chǎn)生裂紋。同時(shí)由于鍋爐運(yùn)行升溫時(shí)，水冷壁與大包底板升溫速度存在明顯差異，二者膨脹不一致，加之預(yù)埋填板結(jié)構(gòu)對(duì)水冷壁管自由膨脹造成約束，從而導(dǎo)致水冷壁管屏在運(yùn)行時(shí)左右膨脹受阻，造成水冷壁向外凸出變形，停爐時(shí)水冷壁向內(nèi)收縮，水冷壁預(yù)埋填板處管壁承受較大的交變載荷應(yīng)力；長(zhǎng)期運(yùn)行后，在水冷壁預(yù)埋填板附近管內(nèi)壁產(chǎn)生生裂紋并擴(kuò)展穿透管壁而發(fā)生泄漏。

3 結(jié)語

綜上，預(yù)埋填板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和大包底板與前墻水冷壁整體連接，造成水冷壁管膨脹受阻是此次泄漏的主要原因。

1）建議將預(yù)埋填板與水冷壁管焊接結(jié)構(gòu)調(diào)整為填板與水冷壁鰭片豎直焊接結(jié)構(gòu)；

2）建議盡快準(zhǔn)備好備品，利用檢修機(jī)會(huì)更換前墻水冷壁穿頂棚部所有管段。對(duì)其它存在相同結(jié)構(gòu)部位，進(jìn)行割管取樣分析，如存在同樣的問題應(yīng)一并進(jìn)行更換；

3）嚴(yán)格控制鍋爐啟停速度、鍋爐負(fù)荷變化速度，防止水冷壁區(qū)域溫度變化過快。