鍋爐水冷壁管分層原因分析及處理

摘要：鍋爐水冷壁爆管事故是鍋爐運行中最常見的事故之一，引發事故的原因基本可歸納為腐蝕、磨損、過熱、裂紋四類。一旦水冷壁出現爆管事故，極易造成緊急停爐影響生產，甚至發生人身傷亡，給企業帶來巨大的經濟損失。

關鍵詞：水冷壁管分層;氧化皮;裂紋;

1 引言

鍋爐水冷壁最常見的缺陷有腐蝕、磨損、過熱、裂紋四類。腐蝕包括水側內壁腐蝕和向火側外壁腐蝕，水側腐蝕有給水氧超標、酸、堿或其它原因引起，向火側腐蝕又稱為“還原氣氛腐蝕”，主要是在環保要求下鍋爐采取低氮燃燒， 燃燒器送風配比調整不合理， 由還原性氣氛下高溫硫腐蝕造成的;磨損包括吹灰沖蝕與煤粒磨損，水冷壁磨損的部位主要是在一次風口周圍的水冷壁管，因風粉流沖刷磨損和吹灰器吹掃時的沖刷磨損等引發;過熱包括短期過熱（超溫爆管）與長期過熱（高溫蠕變）;裂紋主要為橫向熱疲勞裂紋等，橫向熱疲勞裂紋的產生是由于爐壁傳熱惡化，而使爐壁溫度超過容許值，或爐壁溫度長期波動時，爐壁管會因金屬強度下降或金屬疲勞而產生熱疲勞裂紋，進而導致破裂。本文從水冷壁裂紋入手進行鍋爐水冷壁管分層的原因分析及處理。

2 水冷壁管分層情況

某熱電廠 2X330MW 供熱工程鍋爐采用擺動式燃燒器調溫，四角布置、切向燃燒，正壓直吹式制粉系統、單爐膛。水冷壁采用外徑Φ45mm的光管和內螺紋管，節距為 57mm，管間用扁鋼焊接形成完全氣密封爐膛。爐膛折煙角由節距為 63.33mm，外徑為 Φ51mm 的內螺紋管加扁鋼焊接而成。水冷壁延伸側墻采用Φ51光管，節距為 114mm。組裝方式采用膜式管屏現場安裝，材質為20G，該機組平時按照省調要求，參與調峰使用。在機組大修過程中，發現在爐膛燃燒器層區域水冷壁后墻某管測厚異常，現場檢查該管外壁未有明顯減薄發生，但輕微打磨噴涂層后，表面有細微橫向紋路，使用聲波側厚儀測數2.7mm，懷疑該水冷壁管母材有分層情況，將樣品送檢后做初步分析（如圖1）。

3 原因分析

根據分析照片，該公司組織相關技術人員對該機組水冷壁管后墻進行全面測厚，主要涉及折煙角、SOFA風層、高溫燃燒區、冷灰斗等區域，通過近500組數據結果對比，發現后墻#2角燃燒器至#3角燃燒器第41根水冷壁管B1層燃燒器中心線至B層油槍中心線標高處，出現測量數據大幅度跳躍的情況，即在同一根水冷壁管相近（約20CM）部位測量數據顯示5.3MM與1.4MM兩種，隨即檢查人員對超聲波測厚儀進行更換，重新獲得數據，基本與初次測量數據一致。進一步對異常管進行切割打磨，發現管中出現細微樹紋狀凹坑，繼續打磨時出現肉眼見紋路，并做滲透試驗（圖2）

按照前期檢查經驗，防磨防爆檢查小組再次對水冷壁前墻、左墻、右墻擴大檢查，按一次風、二次風、油槍等中心線標高位置分層“蛛網”示測控，發現前墻#4角燃燒器至#1角燃燒器第17根水冷壁管A1層燃燒器中心線至燃燒器底部下2M標高處、左墻#1角燃燒器至#4角燃燒器第49根水冷壁管C1層燃燒器中心線至B2層燃燒器中心線標高處也出現測量數據大幅度跳躍的情況，綜合測量數據，進行充分比對，發現異常分層管3根，隨對發現的3處水冷壁管進行割樣送檢（結果如圖）。

通過以上測量檢查與試驗結果表明，可以得出結論：鍋爐水冷壁受熱面管在運行過程中會出現分層情況，且相對集中在水冷壁高溫燃燒器區域，其主要原因可歸結三種：一是機組啟停頻次高，熱冷態轉變過程中水冷壁管拉傷;二是水冷壁管過熱導致出現局部應力;三是水冷壁管制造工藝不佳。

4 處理措施

（1）采用機械方法沿20G管接頭焊縫處切割，水冷壁管割除，焊接水冷壁管上下口使用切割機進行切割，鰭片部位使用氣割進行切割，將泄漏及磨損的水冷壁管進行割除，割除時，不能傷及附近的水冷壁管子，割除管子嚴格按照檢修工藝，長度不小于800mm。

（2）割管后利用記號筆標明介質流向。利用水溶紙將水冷壁下口封堵。利用坡口機對水冷壁管上下口進行坡口加工。坡口采用V型坡口，坡口角度為35°，并保留1mm鈍邊。 具體要求如圖7所示：

（3）裝配焊接前徹底清除待焊接區域及其鄰近金屬表面至少30mm的油、水、銹蝕等雜物，直至露出金屬光澤。

（4）焊接材料選用全氬弧焊接，所使用的焊材為TIG—J50。焊接前使用光譜儀確認焊絲的材質，焊接電流采用80～100A。

（5）焊接接頭有超標缺陷時采取挖補方式進行返修。但同一位置上的挖補次數不超過3次。焊接質量有較大缺陷時必須要進行重新焊接。對密封進行焊接時，不允許倒流焊接，不允許出現咬邊現象。

（6）焊接完成后，對焊口進行X射線探傷，所有焊口合格后方可進行密封的焊接工作。

5 后續工作

（1）按照《火力發電廠金屬技術監督規程》（DL/T438-2016）第8.2.1“機組每次A級檢修或B級檢修，按要求對受熱面進行檢測，必要時進行超聲波、渦流或磁記憶檢測，重點檢查高溫燃燒區域。在機組檢修過程中認真執行檢驗要求，發現問題及時處理。

（2）必要時聯系鍋爐廠家，對機組運行過程中存在水冷壁管子進行材質升級優化，徹底消除隱患。

參? 考? 文? 獻

[1] DL/T 438-2016，火力發電廠金屬技術監督規程[S].中國電力出版社，2016

收稿日期：

作者簡介：

席青（1991年生），男，陜西寶雞籍，本科學歷，助理工程師職稱，華電渠東發電有限公司鍋爐維護技術員，負責鍋爐專業技術管理工作