火電站水冷壁爆管原因分析及處理方法

閆侯霞

(內蒙古能源發電金山熱電有限公司，內蒙古 呼和浩特 010106)

1 基本情況

某發電公司#2鍋爐為東方鍋爐股份有限公司生產的DG1065/18.2-Ⅱ6型鍋爐，為亞臨界自然循環汽包鍋爐，于2010年5月投產運行，主汽額定溫度為540 ℃，額定壓力為17.4 MPa。運行中水冷壁左墻后數第一根水冷壁管在標高42 m處突然發生爆裂泄漏，爆管時機組負荷為187 MW，主汽溫度527 ℃，主汽壓力15.3 MPa,爆裂處水冷壁設計規格為Φ63.5 mm×7.5 mm，材質為SA-210C。

2 檢查試驗內容及步驟

2.1 爆口位置及宏觀形貌觀察

爆口在水冷壁左墻后數第一根水冷壁管標高42 m處，開裂部位在管子的向火面熱負荷最高處，爆口較大長約130 mm，最大寬度60 mm。破口呈撕裂狀，產生了較大的塑性變形，管壁減薄較多，由原始的7.5 mm減到了大約2.5 mm，邊緣薄而鋒利，整個爆口呈棗核狀，具體形貌如圖1所示。此水冷壁爆口的宏觀形貌基本符合短時超溫爆管的宏觀特征[1-4]，在對爆管附近區域檢查中發現爆口處上、下管子有明顯脹粗，在爆口下部有幾處明顯鼓包的部位。經上述現象綜合分析，初步認定為此根水冷壁內部或與此根水冷壁連接的下聯箱有異物堵塞管子，導致此根水冷壁管汽水流動不暢，向火面在爐內高溫的作用下，致使管子超溫發生爆破、鼓包、脹粗的情況。檢查中還發現左墻后數第二根及第三根水冷壁管在爆口同一高度處均有沖刷減薄的情況。

圖1 水冷壁爆口

圖2 金相及硬度檢測位置

2.2 金相組織及硬度分析

為了便于分析，將爆口管從中間截為兩段進行金相檢測，分別對爆口中間最寬處、向火面距爆口40 mm處、背火面中間部位(見圖2：1點、2點、3點)3處進行金相組織分析及硬度檢測，檢測結果見表1。從表1中就可以看出，靠近爆口附近1點(見圖3)的顯微組織為馬氏體+貝氏體+鐵素體，硬度達到了240 HB，說明斷裂處溫度已達到甚至超過SA-210C鋼種的AC3線，遠遠高于了材料的最高使用溫度450 ℃。向火面距爆口40 mm處2點的顯微組織為貝氏體+鐵素體，硬度207 HB，析出鐵素體延晶界分布，有部分未熔鐵素體存在，說明在此區域溫度已達到AC1和AC3之間。背火面中間部位3點顯微組織為珠光體+鐵素體，硬度170 HB，組織未發現明顯變化，硬度值在正常值范圍內。

表1 泄露管金相硬度檢測情況

通過對爆管金相組織的觀察和分析得知，爆管向火面有相變或不完全相變發生，能觀察到不同程度的相變組織，如淬火或回火組織低碳馬氏體，貝氏體以及被拉長的鐵素體和珠光體。由此可以得知，此水冷壁管向火面溫度曾達到臨界溫度以上或是兩相區溫度，遠遠超過了材料SA-210C的額定溫度450 ℃。在這樣高的溫度下鋼的抗拉強度急劇下降，管子發生大量塑性變形，管徑脹粗，管壁減薄，隨后發生斷裂而脹破。而且由于管內介質對炙熱管壁產生激冷作用，使得爆口處出現相變或不完全相變的組織。由此看來，此水冷壁爆管的直接原因是短時超溫爆管。

圖3 1點處金相組織

圖4 2點處金相組織

圖5 3點處金相組織

2.3 爆管水冷壁堵塞異物查找

圖6 堵塞異物

按照初步分析思路在發生泄露水冷壁管內或水冷壁下聯箱內應有堵塞管道物質存在，在切除鼓包、脹粗管段過程中發現在爆口管33 m安裝焊縫下部3 mm處有一團鐵屑、焊渣等聚集一起的硬塊，直徑約45 mm，硬塊具體形態見圖6，此處管壁厚度為7 mm，直徑為64.7 mm。同時將對應水冷壁下聯箱手孔切開后發現存在鐵屑、銹垢、焊渣等混合的粉狀物。

2.4 通水試驗及通球試驗

為確保管內無其他異物堵塞管道，將水冷壁管內及下聯箱內異物清除干凈后，對圖7所示的3根水冷壁管內進行通水試驗，通水過程中管道內水流暢通，為進一步確保3根水冷壁管道內無異物存在，接著進行了通球實驗，通球直徑為31 mm，通球試驗順利完成，未見異常。

2.5 切管位置確定及測量數據

經壁厚及管徑測量確定切管根數為3根(見圖7)，分別為爐左墻后數第一根水冷壁管(爆口管)，上切口位置為43 m焊口處，切口處管徑為Φ63.7 mm，向火面壁厚7.36 mm，背火面壁厚7.58 mm，下切口位置為32 m，切口處管徑為Φ63.7 mm，向火面壁厚7.41 mm，背火面壁厚7.52 mm。爐左墻后數第二根水冷壁管上切口位置為43 m焊口處，切口處管徑為Φ63.9 mm，向火面壁厚7.35 mm，背火面壁厚7.34 mm，切管長度1 800 mm，下切口處管徑為Φ63.9 mm，向火面壁厚7.02 mm，背火面壁厚7.24 mm。爐左墻后數第三根水冷壁管上切口位置為42.5 m處，切口處管徑為Φ63.6 mm，向火面壁厚7.44 mm，背火面壁厚7.28 mm，切管長度710 mm，下切口處管徑為Φ63.8 mm，向火面壁厚7.31 mm，背火面壁厚7.41 mm。切除不合格管段后對管道切口處及下聯箱手孔進行修復，修復焊口8道，恢復聯箱手孔一個，焊后對所有焊口進行無損檢測，未發現異常。所換管道為隨爐備件，為確保使用可靠性，將隨爐備件取樣送檢進行化學、金相、力學等檢測，各項檢測結果符合要求。

圖7 爆口位置示意

2.6 水壓試驗

在所有焊口恢復并檢驗合格后，進行水壓試驗，未發現鍋爐受熱面新漏點且5 min壓降值符合要求，水壓試驗成功，點火運行后，受熱面運行平穩。

3 結論

①根據宏觀檢查及金相組織分析可知，水冷壁爆管直接原因為短時超溫。②根據檢查及試驗情況，基建過程中管內遺留大量焊渣、鐵屑等雜物聚集致使管內異物堵塞導致管壁超溫是此次爆管的直接原因。③通過測量方法確定切管位置，切管處的測量數據符合規程相關要求，更換管段經力學、化學、金相分析，符合使用要求。通過灌水、通球試驗檢查保證了管道的暢通，進一步通過水壓試驗進一步確定鍋爐嚴密性，防患于未然。