李希續(xù)

摘 要：鍋爐水冷壁的泄漏和爆管事故的發(fā)生，給電廠的安全、經(jīng)濟運行帶來了較大影響。根據(jù)2號爐2016-09-28爆管的情況，取樣進行了檢驗分析工作，包括宏觀檢查、幾何尺寸測量、化學(xué)成分分析、維氏硬度試驗、拉伸試驗、金相分析、內(nèi)壁垢量測定、外壁氧化皮和內(nèi)壁垢層能譜成分分析。最終得出爆管結(jié)果為2號爐水冷壁管樣的爆管類型為局部長期過熱。引起管樣局部長期過熱的根本原因是爐內(nèi)水質(zhì)品質(zhì)不良，焊縫根部凸出，導(dǎo)致垢層在焊縫附近向火側(cè)內(nèi)壁顯著沉積，造成焊縫附近向火側(cè)局部長期過熱。之后提出了相應(yīng)的解決方法和防范措施，對鍋爐的安全、經(jīng)濟運行具有重要意義。

關(guān)鍵詞：水冷壁；爆管；凝汽器泄漏；局部長期過熱

中圖分類號：TM621.2 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.073

1 背景

廣州市旺隆熱電有限公司2號爐為東方鍋爐廠制造的DG420/9.8-II2型、鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)、單爐膛露天布置、平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒方式、固態(tài)排渣、100 MW高溫高壓自然熱循環(huán)煤粉爐。2號機組于2005-10投產(chǎn)，至2016-09水冷壁爆管時機組累計運行84 376 h，汽機凝汽器管材質(zhì)為黃銅。2號爐水冷壁共由480根管組成，前、后墻各127根，兩側(cè)墻各113根，規(guī)格為60×5 mm，材料牌號為20G，水冷壁管內(nèi)水質(zhì)設(shè)計溫度為320 ℃，設(shè)計壓力為11.5 MPa。

2號爐水冷壁于2016-09-28發(fā)生爆管泄漏，爆管為爐后側(cè)從B側(cè)往A側(cè)數(shù)第22根，位置為第1層吹灰器第1個吹灰口下方0.6 m處，離上層燃燒器口上方約2 m，爆口處于廠家焊口處。爆管的管段為機組投產(chǎn)后至今未更換過的水冷壁管段，已累計運行84 376 h。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 宏觀檢查

管樣及爆口的宏觀檢查結(jié)果具體如下：①爆口位于管樣向火側(cè)，呈縱向開口，爆口張開較小，縱向長13.0 mm，寬1.5 mm。②爆口部位存在明顯鼓包和結(jié)渣，稍遠離爆口外壁未見鼓包和明顯結(jié)渣。③爆口對應(yīng)的內(nèi)壁局部存在較厚的紅褐色垢層，稍遠離爆口內(nèi)壁未見明顯垢層。另外，爆口附近內(nèi)壁的焊口存在焊縫根部凸出的情況，最高1.5 mm，尚未達到DL/T 869的上限值（2.0 mm）。

2.2 幾何尺寸測量

管樣的幾何尺寸（外徑和壁厚）測量結(jié)果見表1.

DL/T 438—2009 碳素鋼管外徑蠕變應(yīng)變大于3.5%，應(yīng)及時更換管段

DL/T 939—2005 水冷壁壁厚減薄量不應(yīng)超過設(shè)計壁厚的30%

由表1可知：①管樣爆口部位脹粗值6.30%，已超過DL/T 438的規(guī)定；其他部位的外徑未見脹粗。②管樣僅在爆口部位存在明顯壁厚減薄，其他部位的壁厚未見減??；爆口部位壁厚減薄值20.8%，尚未達到DL/T 939規(guī)定的上限值。

2.3 化學(xué)成分分析

按照GB/T 223系列標(biāo)準對管樣進行化學(xué)成分分析，其C、Si、Mn、P、S元素含量均符合GB 5310對20G的規(guī)定。

2.4 維氏硬度試驗

按照GB/T 4340.1在HVS-50型維氏硬度機上對2個金相環(huán)樣進行維氏硬度試驗，試驗載荷98 N，保載時間10 s，結(jié)果見表2.由表2可知，管樣僅爆口部位的硬度明顯較低，最低值為106 HV，已低于DL/T 438規(guī)定的下限值，其他部位的硬度值符合標(biāo)準的規(guī)定。

2.5 拉伸試驗

按照GB/T 228在MTS810電液伺服試驗機上對拉伸試樣在室溫下進行拉伸試驗，結(jié)果見表3.由表3可知，管樣的規(guī)定塑性延伸強度、抗拉強度和斷后伸長率符合GB 5310對20G新管的規(guī)定，管樣向火側(cè)的各項拉伸性能指標(biāo)均略低于其背火側(cè)。

2.6 金相分析

在管樣爆口部位和遠離爆口部位各制取1個金相環(huán)，在OLYMPUS GX71光學(xué)顯微鏡下進行金相分析，按照DL/T 674—1999金相球化評級，分析結(jié)果如下：①爆口部位向火側(cè)外壁存在氧化皮略厚，最厚為0.20 mm；遠離爆口部位向火側(cè)外壁氧化皮較薄，為0.10 mm。②爆口部位向火側(cè)內(nèi)壁存在較厚垢層，最厚為1.0 mm，垢層中可見大量的亮黃色銅顆粒；遠離爆口部位向火側(cè)內(nèi)壁垢層較薄。③爆口部位內(nèi)外壁存在較多的沿壁厚方向發(fā)展的蠕變微裂紋和孔洞，顯微組織中存在較多蠕變孔洞，珠光體球化5級；爆口部位背火側(cè)及遠離爆口向、背火側(cè)的金相組織為鐵素體加珠光體，珠光體未見球化，為1級。

2.7 內(nèi)壁垢量測定

在遠離爆口部位制取垢量測量試樣，按照DL/T 794—2012對管樣內(nèi)壁垢量進行測定，結(jié)果見表4.由表4可知，管樣向火面內(nèi)壁垢量為332.0 g/m2，尚未達到DL/T 794規(guī)定的需要化學(xué)清洗上限值。

3 綜合分析

3.1 爆管類型

根據(jù)以上試驗分析結(jié)果，歸納爆管有如下幾個基本特征：①爆口位于管樣向火側(cè)，呈縱向開口，爆口張開較小，縱向長13.0 mm，寬1.5 mm；爆口附近內(nèi)壁的焊口存在焊縫根部凸出現(xiàn)象，最高1.5 mm，尚未達到DL/T 869規(guī)定的上限值。②爆口部位存在明顯鼓包和外壁結(jié)渣，稍遠離爆口外壁未見明顯結(jié)渣；爆口部位外壁氧化皮金相截面最厚為0.2 mm，其主要元素為鐵和氧，還均存在少量腐蝕性元素硫及鈣、硅、鋁。③爆口對應(yīng)的內(nèi)壁局部存在較厚的紅褐色垢層，爆口部位內(nèi)壁垢層金相截面最厚為1.0 mm，垢層中可見大量的亮黃色銅顆粒；內(nèi)壁垢層主要元素為鐵和氧，還存在銅、磷、鈣，其中銅局部含量高達14.43%，磷高達15.64%；稍遠離爆口內(nèi)壁未見明顯垢層，其向火面內(nèi)壁垢量為332.0 g/m2，尚未達到DL/T 794規(guī)定的需要化學(xué)清洗上限值。④爆口部位內(nèi)外壁存在較多的沿壁厚方向發(fā)展的蠕變微裂紋和孔洞，顯微組織中存在較多蠕變孔洞，珠光體球化5級；爆口部位背火側(cè)及遠離爆口向、背火側(cè)的金相組織為鐵素體加珠光體，珠光體未見球化，為1級。

根據(jù)以上基本特征，判斷2號爐水冷壁管樣的爆管類型為局部長期過熱。

3.2 爆管原因分析

2號爐凝汽器管材質(zhì)為黃銅，管樣爆口部位內(nèi)壁垢層存在銅、鈣、氧、鎂元素，可知凝汽器管曾發(fā)生過泄漏，使未經(jīng)處理的生水進入爐水系統(tǒng)。另外，內(nèi)壁垢層存在的磷元素為爐水加藥引入，爐水加藥量可能超過標(biāo)準允許的量。

管樣爆口附近內(nèi)壁的焊口存在明顯的焊縫根部凸出，雖尚未超標(biāo)，但會降低該部位水質(zhì)的流速，在向火側(cè)的較高壁溫作用下，該部位水質(zhì)濃縮加劇，易使水冷壁內(nèi)水質(zhì)中的銅、鈣等雜質(zhì)顆粒沉積到該部位形成垢層，隨著機組的長期運行，焊縫附近向火側(cè)內(nèi)壁的垢層不斷增厚。

水冷壁管向火側(cè)內(nèi)壁垢層的導(dǎo)熱系數(shù)較低，垢層使管內(nèi)水質(zhì)與管壁之間起著隔熱作用，一方面，管內(nèi)水質(zhì)難以從管外吸熱，水質(zhì)溫度難以升高；另一方面，管壁的熱量難以被管內(nèi)水質(zhì)帶走，使傳熱惡化，導(dǎo)致該部位的管壁溫度持續(xù)升高，引起水冷壁管局部長期過熱，直接影響到管子長期運行下的性能。

4 結(jié)論

2號爐水冷壁管樣的爆管類型為局部長期過熱。引起管樣局部長期過熱的根本原因是爐內(nèi)水質(zhì)品質(zhì)不良，焊縫根部凸出，導(dǎo)致垢層在焊縫附近向火側(cè)內(nèi)壁顯著沉積，進而導(dǎo)致管子導(dǎo)熱系統(tǒng)降低，從而引起水冷壁管局部長期過熱。

5 處理與防范措施

2017年2號機組將進行A級檢修，利用機組檢修時機對2號爐A，B，C，D角燃燒器周圍熱負荷高區(qū)域的水冷壁焊縫附近管段進行宏觀、壁厚及內(nèi)壁垢層的檢查工作，其中，內(nèi)壁垢層采取割管內(nèi)窺鏡檢查。檢查的范圍為燃燒器標(biāo)高位置至燃燒器上方3 m內(nèi)范圍的水冷壁焊縫（即水冷壁標(biāo)高12～18 m區(qū)域），對此范圍內(nèi)的管段每隔10根管采取割管內(nèi)窺檢查。如果內(nèi)窺檢查發(fā)現(xiàn)焊縫附近存在明顯的結(jié)垢，則對其進行更換。同時，以此為基準點，向兩側(cè)水冷壁進行擴大性內(nèi)窺檢查，對有明顯結(jié)垢的焊縫管段進行更換，直至焊縫沒有明顯的結(jié)垢為止，更換長度為焊縫上下方各0.5 m。

加強爐內(nèi)水質(zhì)的化學(xué)監(jiān)督檢驗工作。檢驗時，需要注意以下幾個要點：①對化學(xué)在線監(jiān)測水質(zhì)儀表設(shè)備進行校驗校正；②增加銅離子在線監(jiān)測儀表設(shè)備；③控制爐水加藥的磷酸根藥物的投入量，以免造成過多的磷元素積聚在熱負荷高區(qū)域的水冷壁焊縫中；④利用機組檢修和臨停時機開展凝汽器管防泄漏檢查項目，以避免凝汽器管子泄漏時將銅離子帶入水冷壁中。

每年機組檢修都對燃燒器周圍熱負荷高區(qū)域的水冷壁焊縫管段進行割管檢查。如果水冷壁內(nèi)壁的結(jié)垢量達到DL/T 794規(guī)定的需要化學(xué)清洗上限值（400 g/m2），則對鍋爐水冷壁系統(tǒng)進行化學(xué)清洗。

6 結(jié)束語

綜上所述，水冷壁技術(shù)監(jiān)督是一項系統(tǒng)的工作，要確保水冷壁管的安全、穩(wěn)定運行，需電廠化學(xué)專業(yè)、汽機專業(yè)、鍋爐專業(yè)、金屬專業(yè)配合，共同做好技術(shù)監(jiān)督的各項細致工作，從而保障火電機組的安全、穩(wěn)定運行。本文通過對2號爐爆管的取樣分析，得出了爆管的原因，為火力發(fā)電廠水冷壁的技術(shù)監(jiān)督提供了有利的參考價值。

參考文獻

[1]西安熱工研究院有限責(zé)任公司，蘇州熱工研究院有限公司，神華國華電力研究院，等.DL/T 438—2009 火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2009.

[2]河南第一火力建設(shè)公司，江蘇電力建設(shè)第一工程公司，安徽電力建設(shè)第二工程公司，等.DL/T 869—2012 火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2012.

[3]攀鋼集團成都鋼鐵有限責(zé)任公司，冶金工業(yè)信息標(biāo)準研究院，寶山鋼鐵股份有限公司，等.GB 5310—2008 高壓鍋爐用無縫鋼管[S].北京：中國電力出版社，2008.

[4]鋼鐵研究總院，冶金工業(yè)信息標(biāo)準研究院.GB/T 4340—2009 金屬材料維氏硬度試驗[S].北京：中國標(biāo)準出版社，2009.

[5]鋼鐵研究總院，濟南試金集團有限公司，冶金工業(yè)信息標(biāo)準研究院，等.GB/T 228—2010 金屬材料拉伸試驗[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2010.

[6]西安熱工研究院有限公司，湖北省電力公司電力試驗研究院，河北電力科學(xué)研究院，等.DL/T 794—2012 火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社，2012.

〔編輯：劉曉芳〕