某爐右包墻下集箱管座泄漏分析及處理措施

鄭景河，張曉旭

（中國特種設備檢測研究院，北京 100029）

隨著現代大型火電企業的迅速發展，鍋爐的運行參數相應提高，導致鍋爐本體所承受的溫度和壓力也不斷加大，承壓部件易發生不同程度的損傷。集箱管座作為鍋爐的重要部件，在鍋爐運行中起著重要作用。一般來說，管座焊縫的工作條件惡劣，長期處于高溫高壓的工作環境中，很容易發生焊縫開裂的事故，嚴重時會發生泄漏事故和停爐，甚至造成人身傷亡。因此及時發現集箱管座裂紋和妥善處理管座泄漏尤為必要，研究集箱管座焊縫開裂的產生原因和機理、過程及發現方法，提出預防措施，對于鍋爐安全運行有非常重要的意義。

本文中筆者以某廠2#鍋爐右包墻下集箱管座泄漏案例進行失效分析，同時做出了相應的處理措施，以期避免此類事件的再次發生。

1 事故概況

2020年11月23日08點46分，通過數據監測系統發現，2#機組負荷360MW，通過測點能量棒圖發現2#爐爐管泄漏裝置中的25#測點顯示異常升高，此時，集箱管座已開始發生泄漏。

2020年11月24日01點13分，2#機組負荷迅速下降，變成了260MW。機組運行人員通知2#爐爐管泄漏裝置25#測點顯示異常升高，要求設備部鍋爐專業配合檢查確認。經過系統檢查，爐后右側高省入口集箱處有明顯泄漏聲音。11月24日04點20分，辦理緊急搶修單打開右側高省人孔門，發現有明顯的蒸汽泄漏聲音，此時，向人孔門內深入φ32不銹鋼管進行查漏，發現不銹鋼管表面附著爐灰立即變成了泥，且確認泄漏方向為包墻右后角，向上級領導匯報申請停爐檢修。

2020年11月24日05點39分，運行人員降負荷將壓力觀察運行。此時負荷為150MW，汽壓12MPa，維持運行40h。

2020年11月25日23點55分，2#機組正式停運檢修。本次事故從發現泄漏直至停運共運行約60h。

2 事故原因分析

通常，致使集箱管座焊縫出現裂紋包括溫差應力、組織球化、應力集中三個主要因素。鍋爐的集箱管座在工作過程中會承受來自各方面的應力，受力條件復雜，一旦焊縫技術條件達不到，長時間工作的鍋爐就極有可能發生泄漏事故。此外，由于集箱管座焊縫的內部不容易觀察到，往往在工作過程中會產生氣孔等缺陷，這些缺陷往往需要通過超聲波、磁粉探傷等技術手段來檢測，如果不重視，那么，這些微小缺陷很容易在應力集中的條件下慢慢擴展，達到一定程度后在宏觀上就表現為泄漏事故。為保障鍋爐機組的正常運行，以上因素不容忽視。

經過技術人員的就地檢查，發現右側包墻下集箱后墻彎頭管座泄漏，如圖1所示。其中，6、7、8三根管座及集箱本體受損，6、7、8三根管座造成了泄漏，集箱本體沖刷為長約100mm、寬約13mm、深約20mm的沖刷槽。

圖1 右側包墻下集箱后墻彎頭管座泄漏示意圖

6號管座與集箱焊口（鍋爐廠家制造焊口）內存在焊接缺陷，焊縫內存在較大氣孔。管座泄漏點為原爆口，其直徑約為2mm。6號管座在長期變負荷運行期間，以氣孔為中心產生裂紋，裂紋貫穿后6號管座發生泄漏。發生泄漏的6號管座將對側7號管座根部吹損泄漏。6號管座泄漏將8號管座與鰭片連接處吹損減薄后產生7個泄漏點，8號管座大量泄漏點對集箱本體沖刷對集箱本體造成了嚴重的損傷。

3 處理措施

通過相關技術人員的現場測量，發現6、7、8三個集箱管座均有大面積沖刷減薄的現象，而且它們的減薄量均達到了50%以上。這時候如果采用補焊工藝，將無法保證焊接質量，因此，不具備補焊條件，必須對以上產生泄漏的集箱管座進行更換。對于集箱本體，其沖刷深度約17m（原厚度為60mm），按照規范要求沖刷深度＜30%時可采用補焊工藝進行處理，因此按照焊接要求對集箱沖刷槽進行打磨再補焊即可。

所有焊接工作前對集箱本體進行火焰加熱，確保焊接過程中集箱本體溫度達到150℃，滿足焊接要求。6道焊口均采用氬弧打底電焊蓋面焊接工藝，最大限度減少焊渣進入集箱內部。

焊接完成后，對集箱本體及管座焊接焊口及焊口熱影響區域進行熱處理。利用火焰加熱以上焊接，按照200℃/h溫升率進行加熱直至焊接區域至720℃以上迅速敷設保溫棉進行保溫，保溫時間3h。緩冷結束后進行無損檢測，受制于現場條件對集箱與管座3道焊口進行滲透檢測，對管座與管道3道焊口進行超聲波檢測，檢測合格后進行鰭片密封焊接，恢復現場保溫。

4 整改防范措施

針對某廠目前發生過的集箱管座焊口失效而造成的泄漏事故進行分析，制定有針對性的檢查計劃，將集箱管座焊口無損檢測納入計劃檢修項目，同時應根據自身制造設備、人員等狀況，重新對集箱管座進行焊接工藝評定，以確保焊接工藝的正確性。

在確認發生受熱面泄漏時，應該及時向領導報告并申請停運鍋爐，避免泄漏事故嚴重，從而延長檢修周期和增加修理成本。

建議縮短鍋爐運行周期或降低鍋爐運行負荷，定期對鍋爐進行全方位的檢查。

嚴格控制尾部煙道此區域的煙氣溫度，確保此區域煙氣溫度＜490℃（此區域包墻管及集箱均為12Cr1MoVG材質，該材質有再熱裂紋傾向，再熱裂紋溫度區間為640～760℃，貝氏體熱影響區再熱裂紋敏感性較高）。

鍋爐運行時，相關人員應加強爐管泄漏裝置畫面監視，及時發現異常情況并上報，確保鍋爐設備安全運行。

5 結語

本文對某廠一鍋爐右包墻下集箱管座焊縫開裂而引發的泄漏事故進行了失效原因分析，發現6號管座在長期變負荷運行期間，以氣孔為中心產生裂紋，裂紋貫穿后6號管座發生泄漏，這是導致管座泄漏的根本原因，發生泄漏的6號管座將7號和8號管座吹損使其泄漏。最后根據檢查和分析結果，及時采取了更換集箱管座、補焊集箱等整改措施，同時根據技術要求對其進行了無損檢測和熱處理，從而解決了2#鍋爐中存在的問題，消除了設備隱患。