王文濤，楊 坤，董 鵬，陳 明

(1.華電電力科學(xué)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(nèi)的受熱面“四管”是火電廠重要的設(shè)備部件，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，在鍋爐運行的各類事故和故障中，“四管”泄漏次數(shù)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(shè)計制造，型號為UG-745/13.7-M的超高壓一次中間再熱循環(huán)流化床鍋爐。2020年1月，省煤器發(fā)生泄漏，機組被迫停運。

1 事故經(jīng)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?cè)剂狭?03.95 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(fēng)機和1A、1B一次風(fēng)機與1A、1B二次風(fēng)機運行，A、B、C、D 4臺給煤機運行。各風(fēng)機運行參數(shù)、鍋爐負壓均無明顯變化。10:00檢修人員發(fā)現(xiàn)鍋爐尾部煙道存在異音，懷疑受熱面管發(fā)生泄漏。經(jīng)電網(wǎng)調(diào)度同意，17:50機組降負荷，19:00機組解列停機。

2 泄漏情況

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)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(guī)格為D44.5×8 mm，材質(zhì)為15CrMoG，包墻過熱器規(guī)格為D51×6 mm、材質(zhì)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(jīng)宏觀檢查未見脹粗鼓包、腐蝕、明顯氧化等異?，F(xiàn)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(cè)減小，溝槽表面較光滑。背風(fēng)側(cè)爆口D上方至頂棚約700 mm長護瓦發(fā)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(cè)面及背風(fēng)側(cè)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(fēng)面?zhèn)茸皂斉锲鹣蛳?50 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(huán)境惡劣的迎風(fēng)面，據(jù)此可以推斷該段護瓦為發(fā)生泄漏時或泄漏前短時間內(nèi)斷裂脫落。

圖2 磨損情況

圖3 迎風(fēng)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(zhì)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(cè)，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(zhì)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(jù)鰭片吹損痕跡，現(xiàn)場檢查可判斷鰭片損傷為A、B爆口介質(zhì)泄漏導(dǎo)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(fā)現(xiàn)距頂棚450～700 mm未裝設(shè)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(fā)現(xiàn)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(jié)果 mm

省煤器吊掛管自西向東數(shù)第1根護瓦位置完好，但在背風(fēng)面護瓦上發(fā)現(xiàn)一處長約120 mm磨損區(qū)域(位置距離頂棚650～770 mm)，該區(qū)域?qū)崪y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(zhuǎn)，未見明顯磨損痕跡。對處于相同運行環(huán)境下對稱側(cè)(東側(cè))省煤器吊掛管進行了擴大檢查，檢查發(fā)現(xiàn)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(xué)成分分析

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

4.2 力學(xué)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(xué)性能檢測，結(jié)果見表3、表4。可見6支管樣常溫各項力學(xué)性能符合標準要求。

表3 省煤器取樣力學(xué)性能檢測結(jié)果

表4 包墻過熱器管取樣力學(xué)性能檢測結(jié)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(jīng)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(jīng)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(fù)，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(shè)置24個壁溫測點，壁溫報警值為440 ℃。統(tǒng)計查看機組停機前3個月運行壁溫數(shù)據(jù)，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(jīng)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(qū)域性減薄情況，管子外表已呈非圓形異形化，且該區(qū)域未裝設(shè)吹灰器，可判斷該減薄泄漏非介質(zhì)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(fēng)側(cè)護瓦遭受飛灰磨損不斷減薄的同時，護瓦與管壁間產(chǎn)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(xù)遭受飛灰磨損，壁厚減薄處發(fā)生泄漏形成爆口C。爆口C泄漏的介質(zhì)向西側(cè)噴出，其方向在第1根吊掛管上發(fā)生偏轉(zhuǎn)，介質(zhì)吹損包墻過熱器管形成泄漏點A，泄漏介質(zhì)造成爆口B及鰭片損傷。爆口D泄漏介質(zhì)吹損鄰近第3根吊掛管，管子減薄泄漏形成爆口E。

7 結(jié)束語

經(jīng)現(xiàn)場檢查、檢驗試驗并結(jié)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(huán)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(yīng)對本次泄漏鄰近區(qū)域，對稱側(cè)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(jié)合部位等處進行檢查[4]。另外，應(yīng)研究磨損區(qū)域、磨損程度等方面特點規(guī)律，指導(dǎo)運行科學(xué)調(diào)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。