CFB鍋爐省煤器吊掛管泄漏原因分析

王文濤，楊 坤，董 鵬，陳 明

(1.華電電力科學研究院有限公司，浙江 杭州 310030；2.中國石油撫順石化公司熱電廠，遼寧 撫順 113004)

省煤器內的受熱面“四管”是火電廠重要的設備部件，據相關統計，在鍋爐運行的各類事故和故障中，“四管”泄漏次數最多，占比高達30%[1]，是造成火電機組強迫停運最主要的原因[2]。某電廠1號鍋爐為無錫光華鍋爐廠設計制造，型號為UG-745/13.7-M的超高壓一次中間再熱循環流化床鍋爐。2020年1月，省煤器發生泄漏，機組被迫停運。

1 事故經過

2020年1月18日09:58，1號機組負荷135.48 MW，主蒸汽壓力11.15 MPa，爐膛負壓36.35 Pa，主蒸汽溫度533 ℃，總燃料量103.95 t/h，主蒸汽流量480.5 t/h，主給水流量515.54 t/h，運行氧量3.28%。1A、1B引風機和1A、1B一次風機與1A、1B二次風機運行，A、B、C、D 4臺給煤機運行。各風機運行參數、鍋爐負壓均無明顯變化。10:00檢修人員發現鍋爐尾部煙道存在異音，懷疑受熱面管發生泄漏。經電網調度同意，17:50機組降負荷，19:00機組解列停機。

2 泄漏情況

現場檢查發現鍋爐標高55 m尾部煙道共存在5處爆口，其中省煤器吊掛管3處爆口，包墻過熱器管2處爆口。省煤器吊掛管沿爐左、右方向布置82組管排，每組布置3根，規格為D44.5×8 mm，材質為15CrMoG，包墻過熱器規格為D51×6 mm、材質為20G。爆口A、B位于包墻過熱器第14、15根管，距離頂棚610 mm、650 mm。爆口C、D、E標高相同，位于水平煙道入口第1排第2、3根省煤器吊掛管，爆口D距離頂棚770 mm，各爆口及位置見圖1。

(a)泄漏位置

5處爆口及鄰近管經宏觀檢查未見脹粗鼓包、腐蝕、明顯氧化等異常現象。爆口D尺寸為10 mm×4 mm，位于前后2塊護瓦裝配間隙處。爆口邊緣較薄，周圍有護瓦缺失，護瓦邊緣鋒利，實測護瓦邊緣厚度0.7～1.1 mm(鄰近外觀完好護瓦實測厚度2.95～3.20 mm)。爆口D上、下豎直方向存在寬8 mm溝槽，溝槽最深5 mm，深度由爆口處向兩側減小，溝槽表面較光滑。背風側爆口D上方至頂棚約700 mm長護瓦發生斷裂掉落。

爆口C尺寸為15 mm×3 mm，其附近母材壁厚實測值為1.1～3.4 mm，壁厚減薄明顯。該管520 mm長管子側面及背風側存在明顯飛灰磨損痕跡，管子外形磨損異形化，外徑最小處約37.5 mm，實測壁厚1.1～4.0 mm，見圖2。該段磨損管子起點距頂棚350 mm，終點位于爆口D上方護瓦斷裂處。迎風面側自頂棚起向下550 mm長護瓦缺失，護瓦斷裂處壁厚未見明顯減薄(見圖3)，該段缺失護瓦處管子外表面未見異常，實測壁厚值7.7～7.8 mm，壁厚未見異常。因處于磨損環境惡劣的迎風面，據此可以推斷該段護瓦為發生泄漏時或泄漏前短時間內斷裂脫落。

圖2 磨損情況

圖3 迎風面護瓦斷面

爆口E尺寸25 mm×5 mm，與爆口D斜向相對，爆口E下方管子沿護瓦組合間隙存在明顯介質吹損痕跡，見圖4。爆口A尺寸50 mm×20 mm，邊緣鋒利，爆口朝向爐前側，緊挨爆口一圈管子壁厚0.9～1.4 mm。爆口B周圍存在明顯介質吹損溝槽，溝槽方向與A、B爆口連線一致。爆口B周圍管子實測壁厚1.7～1.79 mm。2處爆口間密封鰭片吹損減薄損壞，依據鰭片吹損痕跡，現場檢查可判斷鰭片損傷為A、B爆口介質泄漏導致。包墻過熱器管見圖5。

圖4 管子被吹損痕跡

圖5 包墻過熱器管

3 擴大檢查

為減少磨損影響，泄漏前電廠已在Ⅲ段裝配了防磨護瓦，見圖6。擴大檢查發現距頂棚450～700 mm未裝設護瓦的Ⅱ段與Ⅲ段間存在明顯的磨損界線，界線整齊清晰可見，見圖7。進行壁厚檢測發現第11-15根管管段Ⅱ存在明顯磨損減薄情況，實測壁厚4.4～4.8 mm，見表1。

圖6 護瓦及其磨損

圖7 Ⅱ段與Ⅲ段磨損界線

表1 包墻過熱器管壁厚檢測結果 mm

省煤器吊掛管自西向東數第1根護瓦位置完好，但在背風面護瓦上發現一處長約120 mm磨損區域(位置距離頂棚650～770 mm)，該區域實測護瓦厚度0.9～1.7 mm，見圖6。宏觀檢查爆口鄰近第4-8根省煤器管，防磨護瓦完好不偏轉，未見明顯磨損痕跡。對處于相同運行環境下對稱側(東側)省煤器吊掛管進行了擴大檢查，檢查發現同樣存在防磨護瓦變形、吊掛管磨損嚴重問題。

4 取樣試驗

對泄漏及鄰近管外觀完好部位割管取樣進行試驗分析，取樣情況見表2。

表2 割管取樣情況

4.1 化學成分分析

采用SPECZROMAXx 型直讀光譜儀對6根管樣進行了化學成分檢測,結果表明，6根管樣的化學成分各元素含量均符合相應的標準要求，不存在材質錯用情況。

4.2 力學性能試驗

采用CMT5305型電子萬能試驗機對各支管樣進行常溫拉伸力學性能檢測，結果見表3、表4。可見6支管樣常溫各項力學性能符合標準要求。

表3 省煤器取樣力學性能檢測結果

表4 包墻過熱器管取樣力學性能檢測結果

4.3 顯微組織分析

對5處爆口進行金相顯微組織分析，經檢查組

織未見異常，爆口D、A金相組織見圖8。

(a)省煤器爆口D

5 檢修及運行情況

2019年，3次檢修期間進行受熱面防磨防爆檢查，經檢查包墻過熱器無明顯磨損情況，省煤器吊掛管部分防磨瓦存在損壞情況，但均在停機期間及時進行了修復，未見其他異常。

截至本次停機，機組已累計運行64 216 h。省煤器前、后排吊掛管共設置24個壁溫測點，壁溫報警值為440 ℃。統計查看機組停機前3個月運行壁溫數據，未見超溫情況，符合運行及標準要求。

6 原因分析

爆口及鄰近管經宏觀檢查未見脹粗鼓包、腐蝕、明顯氧化且各項取樣分析未見不合格情況，可排除過熱、腐蝕原因造成泄漏的可能。爆口C、D所在的省煤器第2根吊掛管表面存在區域性減薄情況，管子外表已呈非圓形異形化，且該區域未裝設吹灰器，可判斷該減薄泄漏非介質吹損是由飛灰磨損造成。運行期間第2根吊掛管護瓦間隙及背風側護瓦遭受飛灰磨損不斷減薄的同時，護瓦與管壁間產生飛灰渦流，磨損間隙處管子母材不斷減薄直至泄漏，形成爆口D。可知省煤器吊掛管爆口D為第1泄漏點。爆口D上方護瓦磨損嚴重后減薄脫落，管子母材繼續遭受飛灰磨損，壁厚減薄處發生泄漏形成爆口C。爆口C泄漏的介質向西側噴出，其方向在第1根吊掛管上發生偏轉，介質吹損包墻過熱器管形成泄漏點A，泄漏介質造成爆口B及鰭片損傷。爆口D泄漏介質吹損鄰近第3根吊掛管，管子減薄泄漏形成爆口E。

7 結束語

經現場檢查、檢驗試驗并結合檢修及運行情況認為：飛灰磨損是本次省煤器吊掛管泄漏的最主要原因。循環流化床鍋爐的磨損要比其他類型鍋爐嚴重，本次磨損為CFB鍋爐典型類型。針對泄漏原因，首先對損傷減薄的管子及護瓦進行更換、重新安裝；其次應對本次泄漏鄰近區域，對稱側相同位置進行全方面防磨防爆檢查，并注意對防磨瓦及其結合部位等處進行檢查[4]。另外，應研究磨損區域、磨損程度等方面特點規律，指導運行科學調整[5-6]。最后，必要時可采用增加均流裝置，安裝假管、加大管排橫向截距等方式降低煙氣流速及不均勻性，從而降低省煤器磨損，提升可靠性。