馬世城，祁青福，聶名清

（酒鋼集團(tuán)宏晟電熱公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

前言

某燃煤電廠350 MW 超臨界發(fā)電機(jī)組，采用某公司制造的DG-1 208/25.4-II4 型超臨界參數(shù)變壓運行、螺旋管圈、單爐膛、一次中間再熱、前后墻對沖燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、前煤倉布置、緊身封閉、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)π型直流鍋爐。

該鍋爐爐膛四周為全焊膜式水冷壁，爐膛由下部螺旋盤繞上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁兩個不同的結(jié)構(gòu)組成，兩者間由過渡水冷壁和混合集箱轉(zhuǎn)換連接。該鍋爐的主要汽水流程為：自給水管路出來的水由爐側(cè)一端引入位于尾部豎井后煙道下部的省煤器入口集箱，流經(jīng)省煤器受熱面吸熱后，由省煤器出口集箱端部引出，經(jīng)集中下降管、下水連接管進(jìn)入螺旋水冷壁入口集箱，經(jīng)螺旋水冷壁管、螺旋水冷壁出口集箱、混合集箱、垂直水冷壁入口集箱、垂直水冷壁管、垂直水冷壁出口集箱、垂直水冷壁出口連接管進(jìn)入水冷壁出口混合集箱匯集，經(jīng)引入管進(jìn)入汽水分離器進(jìn)行汽水分離，循環(huán)運行時從分離器分離出來的水進(jìn)入儲水罐，蒸汽則依次流經(jīng)頂棚管、后豎井/水平煙道包墻、低溫過熱器、屏式過熱器和高溫過熱器。垂直水冷壁管規(guī)格為?31.8 mm×8 mm，材質(zhì)為12Cr1MoVG。

1 垂直水冷壁管連續(xù)兩次爆管檢查情況

1.1 爆管泄漏情況

2022 年7 月14 日17：05，#1 鍋爐水冷壁A 側(cè)標(biāo)高50 m 區(qū)域發(fā)生泄漏爆管，維持運行至7月20日停機(jī)檢修。8 月17 日5：43，檢修結(jié)束后機(jī)組并網(wǎng)，當(dāng)日13：21，該鍋爐同部位區(qū)域再次發(fā)生泄漏爆管，停爐后檢查為同根管的同標(biāo)高位置泄漏。泄漏前后鍋爐參數(shù)變化見表1。

表1 鍋爐垂直水冷壁泄漏前后參數(shù)變化

1.2 泄漏點的檢查及處理

第一次泄漏：停爐后檢查，在#1 爐A 側(cè)墻標(biāo)高50 m 處L01 爐膛吹灰器中心孔左下方1.5 m 處，1 根垂直水冷壁管泄漏，造成與其相鄰的3 根管表面吹損。漏點形貌為20 mm 長、6～8 mm 寬的水平裂紋（見圖1）。檢測裂口周圍管的壁厚為6.5 mm 左右，無明顯減薄。

圖1 垂直水冷壁泄漏點外觀圖

針對垂直水冷壁管泄漏問題，對泄漏管標(biāo)高46.75～56 m 區(qū)間共9.25 m 長的管段進(jìn)行了更換，采用泄漏管切口灌水的方式檢查，管道流水正常；對泄漏管下彎頭進(jìn)行了檢查，存在焊渣、鐵屑、砂輪片、石棉網(wǎng)、泥沙等雜物，進(jìn)行了徹底清理；對該管在上、下聯(lián)箱的入口部位采用內(nèi)窺鏡進(jìn)行了檢查（見圖2），并對下聯(lián)箱內(nèi)的焊渣等異物進(jìn)行了清理。

第二次泄漏：2022 年8 月22 日，經(jīng)冷爐后檢查確認(rèn)，本次泄漏爆口點與7 月14 日泄漏點為同管同部位。爆口長度65 mm，最寬處12 mm，爆口附近管子內(nèi)部存在平行于管子的裂紋，爆口邊緣粗鈍，壁厚無減薄，呈現(xiàn)出較為典型的短期過熱爆管特征。爆口附近晶相分析為：鐵素體+珠光體，珠光體輕度球化，球化級別2級，晶粒度7.5級（見圖3）。

圖3 爆口晶相分析截圖

垂直水冷壁管同一部位在啟爐后不足8 h 即再次發(fā)生泄漏，初步判斷管內(nèi)存在異物堵塞。針對該問題，對泄漏管進(jìn)行了全面檢查。從漏點位置用3 m長的內(nèi)窺鏡向垂直水冷壁入口集箱檢查，內(nèi)窺鏡輕松穿越下彎頭，到達(dá)聯(lián)箱入口管口，所查管段暢通，除發(fā)現(xiàn)少量切割焊渣外未發(fā)現(xiàn)其他異物（見圖4）。并對泄漏管口至上集箱分段切管進(jìn)行內(nèi)窺和通光檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常。

圖4 爆口以下管內(nèi)檢查截圖

2 垂直水冷壁管爆管原因分析

2.1 第一次泄漏原因分析

垂直水冷壁管泄漏點為爆破狀，裂口長20 mm，寬6～8 mm，裂口邊緣粗鈍，周圍管壁無明顯減薄。測量管壁厚度大于6.5 mm，未達(dá)到超標(biāo)更換標(biāo)準(zhǔn)，裂口周圍存在多條平行于管子的紋路。分析認(rèn)為該管泄漏的原因為管內(nèi)存在異物堵塞，造成管內(nèi)水汽通流受阻，對管材的冷卻作用降低。因水冷壁管長期過熱運行，導(dǎo)致強(qiáng)度降低、承壓能力不足而發(fā)生爆破泄漏。根據(jù)檢查情況，泄漏管垂直段下彎頭內(nèi)存在焊渣、鐵屑等異物堵塞，下聯(lián)箱內(nèi)存在少量焊渣積存。因該電廠350 MW 機(jī)組鍋爐螺旋水冷壁管存在較為嚴(yán)重的高溫腐蝕，近年來連續(xù)進(jìn)行了噴燃器區(qū)域水冷壁的大批量換管，清理不徹底，焊渣、鐵屑遺留在管內(nèi)，隨水循環(huán)進(jìn)入垂直水冷壁入口集箱及管彎頭，運行過程中發(fā)生堵管而造成爆管［1-2］。

2.2 第二次泄漏原因分析

第二次垂直水冷壁泄漏發(fā)生在機(jī)組啟動后加負(fù)荷階段，且爆口位于新?lián)Q管道上，材質(zhì)使用正確，不存在壁厚減薄強(qiáng)度不足等問題。泄漏點具有明顯的短期過熱特征，可以確定爆口的直接原因為異物堵塞造成的短期過熱爆管。因在機(jī)組啟動前的檢修期間，對該泄漏管進(jìn)行了全面檢查和清理，泄漏后再次停爐期間，未發(fā)現(xiàn)管內(nèi)存在焊疤、焊瘤等影響通流的問題，采用列舉排除法逐項分析堵塞原因。

2.2.1 排除管道及彎頭內(nèi)因遺留焊渣而堵塞的可能

在該管發(fā)生二次爆管泄漏后，對該根管道及上、下聯(lián)箱再次進(jìn)行了全面內(nèi)窺檢查，均未發(fā)現(xiàn)鐵屑遺留物，排除管道及彎頭內(nèi)堵塞焊渣的可能。

2.2.2 排除管道焊口焊接不規(guī)范造成堵塞的可能

因該類型鍋爐垂直水冷壁管的最大內(nèi)徑僅為15.8 mm，該電廠#5 鍋爐曾發(fā)生一次焊口部位對接距離偏大，而使管焊口收縮將通流管徑減小到不足10 mm，在運行過程中一大塊焊瘤堵塞在焊口位置而發(fā)生超溫爆管的問題。經(jīng)對本次爆管泄漏管新增焊口檢查，不存在管道焊口部位內(nèi)徑減小的問題。

2.2.3 焊接保護(hù)用水溶紙塞堵不規(guī)范導(dǎo)致堵管超溫的可能

在對可能造成短期過熱爆管的其他原因進(jìn)行分析排除后，對鍋爐換管過程中可能造成堵塞的因素進(jìn)行了全面排查，認(rèn)為可能存在焊接保護(hù)用水溶紙塞堵的問題。經(jīng)確認(rèn)，在實施焊接過程中，施工人員采取隨意截取一段水溶紙揉成圓團(tuán)塞入焊口上、下管口內(nèi)的方式，達(dá)到保持保護(hù)氣體氬氣濃度的目的。查閱相關(guān)資料，規(guī)范操作應(yīng)為折疊四層輕輕塞入管內(nèi)。為驗證水溶紙堵管的可能性，進(jìn)行了相關(guān)試驗進(jìn)行檢查。

（1）水溶紙的溶解試驗。選取一塊水溶紙巾，直接放入盛水的容器內(nèi)，輕輕搖晃，觀察紙巾的溶解情況，通過試驗確定，用于管口封堵的紙巾具有可溶性，在水中充分浸泡后能夠分解成較小的碎片，和水形成懸濁液。

（2）水溶紙團(tuán)在外置管內(nèi)的溶解試驗。按照換管時管口實際封堵的方法，將一塊水溶紙巾揉成小團(tuán)，塞入管口并在管內(nèi)加入清水，觀察管內(nèi)紙巾的溶解情況。試驗2 h 后，觀察管內(nèi)紙巾僅在與水接觸的表面部分有溶化變軟的情況，紙團(tuán)中間仍處于干燥狀態(tài)，且觀察管內(nèi)無水滴穿過，用焊絲從紙團(tuán)中間穿一小孔，再次加水后，紙巾隨水流溶解后流出。以上試驗表明，管內(nèi)水溶紙塞得較為密實時，短時間內(nèi)無法完全溶解，容易造成管道堵塞。

（3）水溶紙團(tuán)在水循環(huán)管內(nèi)的溶解試驗。8 月25 日，結(jié)合鍋爐上水、沖洗和水壓試驗，組織進(jìn)行了爐內(nèi)水循環(huán)情況下的水溶紙團(tuán)溶解試驗。試驗采用了兩種不同的塞紙方式：一種采用規(guī)范的管口封堵方式，在管口焊接前，分別在焊口兩端的管內(nèi)以疊加四層輕力度方式塞入水溶紙；另一種采用實際執(zhí)行中較為密實的塞紙方式后將管子焊好。上水之前，又隨機(jī)選取了已經(jīng)焊接的3 根管作為對比。鍋爐上水采用過熱器反沖洗方式，從減溫水進(jìn)水，從水冷壁下集箱和垂直水冷壁下集箱排水，進(jìn)行冷態(tài)沖洗1 h 后，關(guān)閉放水閥門，進(jìn)行鍋爐過熱系統(tǒng)水壓試驗。水壓試驗結(jié)束放水后，對塞入水溶紙的管段焊口部位切管進(jìn)行檢查。檢查發(fā)現(xiàn)塞紙最為密實的管內(nèi)紙團(tuán)沒有溶化，仍然遺留在管中并形成阻塞，掏取紙團(tuán)較為困難，將帶有紙團(tuán)的管段切除，取出后紙團(tuán)內(nèi)部仍保持干燥狀態(tài)。

對采用規(guī)范方式塞入紙團(tuán)的管子切割檢查，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)紙團(tuán)仍然存在，但紙團(tuán)已變軟，部分紙團(tuán)已溶解，相對比較容易清除。

以上試驗可以證明，采用水溶紙封堵管口時，塞紙的力度和方式不同，將直接決定水溶紙在管內(nèi)的溶解和堵管程度。在小管徑管焊接過程中，采用不規(guī)范的揉團(tuán)方式塞入水溶紙，將可能造成水溶紙不能溶解，因鍋爐運行水循環(huán)期間水溶紙團(tuán)前、后壓差微小而不能推動紙團(tuán)移動，從而堵塞管道使管內(nèi)水循環(huán)不暢形成過熱，導(dǎo)致水冷壁管超溫失效爆破。在堵塞管道爆破后，水溶紙團(tuán)前后的壓差突增為管壓，將紙團(tuán)沖出管道。

3 防范措施

（1）嚴(yán)格監(jiān)督落實鍋爐受熱面管排換管工藝，加強(qiáng)受熱面內(nèi)部管道潔凈度的管控，水冷壁管切割采用切割片，下管口切開后做好阻擋措施，管口切開后及時采用水溶性紙巾進(jìn)行封堵，管口打磨后對管口遺留的鐵屑進(jìn)行全面清理，管口焊接前，再次檢查確認(rèn)，并監(jiān)督做好檢查記錄［3］。

（2）在小管徑管的管口焊接前，要將封堵鐵屑用水溶性紙團(tuán)更換為僅用四層疊加的水溶性紙巾，達(dá)到封堵保護(hù)性氣體的目的，防止層數(shù)過多而影響溶解。

（3）換管結(jié)束鍋爐水壓試驗前，采取過熱器上水對水冷壁反沖洗的方式進(jìn)行全系統(tǒng)沖洗，通過重力差部分清除管內(nèi)焊接保護(hù)用水溶紙巾。

（4）針對鍋爐換管管徑的不同，要根據(jù)試驗情況確定氣體保護(hù)用水溶紙巾的疊加層數(shù)，以達(dá)到封堵要求的最低層數(shù)為宜，如?60 mm 管道的疊加層數(shù)在6～8 層一般可滿足要求，杜絕塞紙工藝不規(guī)范導(dǎo)致受熱面堵管過熱［4］。

4 結(jié)束語

該電廠#1 鍋爐垂直水冷壁管在機(jī)組啟動后短期內(nèi)即發(fā)生二次爆管泄漏，分析驗證最可能的原因為小管徑水冷壁管焊接過程中，水溶紙封堵管口時采用揉團(tuán)方式塞堵，因不能得到及時溶解而堵塞管道，導(dǎo)致管內(nèi)介質(zhì)流動受阻，造成短期過熱爆管。在滿足氣體保護(hù)封堵基本要求的基礎(chǔ)上，以最少層數(shù)疊加的紙巾進(jìn)行封堵，可有效防止同類事故的發(fā)生。