鍋爐水冷壁裂紋成因分析與處理

張鈞臣

摘?要：分析鍋爐水冷壁形成裂紋的原因，并針對(duì)不同成因類(lèi)型的水冷壁裂紋給出處理方式，解決水冷壁裂紋問(wèn)題，保障鍋爐長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：鍋爐;水冷壁;裂紋;處理

引言

水冷壁管作為鍋爐四管之一，防磨防爆管理是重要的工作。水冷壁裂紋作為水冷壁經(jīng)常出現(xiàn)的典型故障，長(zhǎng)期影響著電廠(chǎng)鍋爐的安全運(yùn)行。以我們公司為例，自2019年9月至2020年4月期間，2臺(tái)鍋爐水冷壁出現(xiàn)裂紋、爆管共計(jì)8次，導(dǎo)致鍋爐非計(jì)劃停運(yùn)2次，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到一百五十余萬(wàn)元。水冷壁管的爆管，通常也都是由水冷壁管的細(xì)小裂紋引起的，因此解決水冷壁裂紋問(wèn)題成為保證公司鍋爐長(zhǎng)周期安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。

水冷壁裂紋的形成主要是因?yàn)閼?yīng)力作用導(dǎo)致的，從應(yīng)力源進(jìn)行分類(lèi)主要包括熱應(yīng)力造成的裂紋、焊接應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋、機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋等幾種情況，下面就這幾種情況進(jìn)行分析，說(shuō)明造成裂紋的具體原因并提出解決措施。同時(shí)，針對(duì)鍋爐水冷壁外側(cè)裂紋，提出運(yùn)行處理意見(jiàn)。

1、熱應(yīng)力造成的裂紋

鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，水冷壁管外壁受到高溫火焰的輻射，而內(nèi)壁被汽水混合物冷卻。汽水混合物的溫度就是汽包壓力下的飽和溫度。由于20G管的導(dǎo)熱系數(shù)大，水冷壁管厚一般不大于6mm，管壁熱阻較小，水冷壁管在高溫火焰的強(qiáng)烈輻射下，熱負(fù)荷很高，靠近火焰中心的水冷壁管熱負(fù)荷更高，導(dǎo)致水冷壁管內(nèi)外壁溫差可達(dá)60～80℃，內(nèi)外壁溫度的差別造成20G管內(nèi)外壁膨脹率不一致，從而在水冷壁管內(nèi)產(chǎn)生了熱應(yīng)力。

鍋爐水冷壁管運(yùn)行期間熱應(yīng)力一直存在，運(yùn)行時(shí)數(shù)達(dá)到一定程度后容易因應(yīng)力疲勞造成水冷壁管的拉裂。同時(shí)，水冷壁管個(gè)別區(qū)域長(zhǎng)期受鍋爐煙氣沖刷嚴(yán)重，導(dǎo)致鍋爐水冷壁管變薄，在熱應(yīng)力的作用下很容易形成裂紋。

預(yù)防水冷壁管因熱應(yīng)力造成拉裂的主要方法就是加強(qiáng)水冷壁管的技術(shù)監(jiān)督，大小修期間對(duì)水冷壁管進(jìn)行詳細(xì)檢查，有條件的可以對(duì)水冷壁管進(jìn)行理化檢驗(yàn)，對(duì)理化檢驗(yàn)不合格或者不足以維持一個(gè)檢修期的水冷壁管進(jìn)行更換。鍋爐水冷壁管的金相檢驗(yàn)顯示20G管向火面和背火面金相組織具有明顯差異，向火面一側(cè)珠光體區(qū)域的碳化物有明顯分散，向晶界聚集，珠光體開(kāi)始呈現(xiàn)球化現(xiàn)象，背火側(cè)20G管的鐵素體和珠光體組織晶界清晰。

2019年10月，公司發(fā)生一次鍋爐過(guò)熱器室水冷壁爆管故障，停爐檢查發(fā)現(xiàn)爆管部位發(fā)生在中溫過(guò)熱器區(qū)域，靠近東側(cè)與北側(cè)水冷壁的連接部位，該部位積灰較嚴(yán)重，通過(guò)對(duì)水冷壁裂紋進(jìn)行分析，認(rèn)為水冷壁管表面積灰多，水冷壁管發(fā)生灰下化學(xué)腐蝕，出現(xiàn)腐蝕坑，在熱應(yīng)力的作用下形成裂紋而爆管。現(xiàn)場(chǎng)處理過(guò)程中，由于水冷壁內(nèi)測(cè)為過(guò)熱器管束，采用開(kāi)天窗的方式進(jìn)行部分水冷壁管的更換。

2、焊接應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋

鍋爐水冷壁管大多采用膜式水冷壁，膜式水冷壁是由鰭片和水冷壁管焊接而成，焊接工藝水平直接決定了膜式水冷壁的質(zhì)量，現(xiàn)代鍋爐膜式水冷壁的焊接制造通常采用全自動(dòng)焊接生產(chǎn)線(xiàn)。

電廠(chǎng)鍋爐檢修工作中，水冷壁管焊接通常由于工作量小，必須由人工進(jìn)行。焊接過(guò)程中焊接質(zhì)量直接取決于焊材的選擇、焊接工藝是否適當(dāng)兩個(gè)方面。焊材焊接過(guò)程中氫氣的存在容易導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)變脆，降低水冷壁管的局部抗拉強(qiáng)度，因此焊接過(guò)程中最好選用低氫型堿性焊條。焊接工藝方面主要是水冷壁管與水冷壁管的對(duì)口焊接、水冷壁管和鰭片的焊接問(wèn)題，水冷壁管與水冷壁管的焊接如果存在對(duì)口間隙不當(dāng)、內(nèi)外壁偏差過(guò)大、焊高超標(biāo)、焊口過(guò)于集中等問(wèn)題，容易造成焊后應(yīng)力集中，鍋爐運(yùn)行后水冷壁管在熱應(yīng)力與焊接應(yīng)力的共同作用下容易產(chǎn)生裂紋。水冷壁管與鰭片的焊接若鰭片斷面中心線(xiàn)與水冷壁管中心線(xiàn)不在同一平面內(nèi)的情況，焊接殘余應(yīng)力作用在焊接位置形成扭應(yīng)力，導(dǎo)致鰭片與水冷壁管連接處出現(xiàn)裂紋，并隨著鍋爐運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)不斷加長(zhǎng)加深。

2020年3月份，公司1#鍋爐振動(dòng)爐風(fēng)室內(nèi)發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象，停爐后檢查發(fā)現(xiàn)水冷振動(dòng)爐排水冷壁管與鰭片連接處存在環(huán)向裂紋。分析認(rèn)為焊接工藝不良是造成水冷壁管裂紋的主要原因，公司每臺(tái)鍋爐由2組水冷振動(dòng)爐排片，2組水冷振動(dòng)爐排片之間采用折瓦和硅酸鋁繩密封，上次檢修期間拉裂位置折瓦脫落后，補(bǔ)焊折瓦過(guò)程中焊接工藝不當(dāng)，使折瓦與水冷壁管直接對(duì)接焊接，同時(shí)該位置焊接過(guò)程中焊高超標(biāo)嚴(yán)重，應(yīng)力集中導(dǎo)致水冷壁管裂紋。對(duì)于這一問(wèn)題，采用更換部分水冷壁管的方式進(jìn)行處理時(shí)，挑選具有資質(zhì)的焊工進(jìn)行焊接，嚴(yán)格控制破口角度、對(duì)口間隙，對(duì)焊口進(jìn)行預(yù)熱，焊接順序，采用手動(dòng)電弧焊的直流電機(jī)反接法進(jìn)行分層分道焊接，控制焊高，進(jìn)行焊后熱處理。

3、機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋

生物質(zhì)水冷振動(dòng)爐排鍋爐運(yùn)行中，爐排的振動(dòng)采用間歇振動(dòng)方式，爐排水冷壁與四周爐墻水冷壁管密封間隙的變化，容易導(dǎo)致密封處水冷壁管振動(dòng)過(guò)程中承受機(jī)械應(yīng)力作用。

爐排水冷壁管與鍋爐水冷壁下集箱連接的柔性管在爐排振動(dòng)過(guò)程中存在一定的形變量，形變量的產(chǎn)生即是因?yàn)檎駝?dòng)過(guò)程中的機(jī)械應(yīng)力作用，容易造成水冷壁管的裂紋。

2019年12月，公司1#鍋爐出現(xiàn)一次因柔性管應(yīng)機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋，停爐后進(jìn)行了修復(fù)，將水冷壁裂紋挖去，用角磨機(jī)打出坡口，坡口形狀呈月牙形，進(jìn)行焊接修補(bǔ)。

4、水冷壁外側(cè)裂紋處理

鍋爐水冷壁向火側(cè)裂紋，一般必須進(jìn)行停爐檢修。而對(duì)于鍋爐水冷壁外側(cè)裂紋，為最大化保證鍋爐長(zhǎng)周期運(yùn)行，減少停爐損失，現(xiàn)在很多電廠(chǎng)采用帶壓堵漏方式進(jìn)行處理，即采用“捻縫+焊接”的修復(fù)方法對(duì)水冷壁外側(cè)裂紋進(jìn)行修復(fù)，利用氣動(dòng)沖擊搶或者扁鏟從水冷壁裂紋周?chē)蛄鸭y方向進(jìn)行擠壓，由于水冷壁管金屬具有蠕動(dòng)性能，使得水冷壁管裂紋變小直至不再漏汽，然后進(jìn)行焊接修復(fù)。水冷壁管的帶壓焊接是一項(xiàng)危險(xiǎn)性很高的作業(yè)，必須選擇焊接技術(shù)高超的焊工進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)進(jìn)行焊接作業(yè)前必須做好相應(yīng)安全措施，鍋爐進(jìn)行降壓降負(fù)荷操作，焊接過(guò)程不能連續(xù)進(jìn)行，每次焊接時(shí)間不能超過(guò)三秒，焊后需要等待焊口冷卻到正常運(yùn)行壁溫，進(jìn)行檢查后方可再次施焊。

參考文獻(xiàn)

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