火電廠水冷壁爆管常見原因分析及應(yīng)對措施

李國維 李文彬 劉長福

(國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，河北石家莊 050021）

火電廠水冷壁爆管常見原因分析及應(yīng)對措施

李國維 李文彬 劉長福

(國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，河北石家莊 050021）

根據(jù)一些典型爆管案例，結(jié)合現(xiàn)場實際工作，總結(jié)出火電廠水冷壁爆管常見原因，并提出應(yīng)對措施，為火電廠治理水冷壁爆管問題提供參考。

火電廠；水冷壁；爆管；原因；措施

0 引言

近年來，隨著火電廠機(jī)組容量的提高，機(jī)組運行的穩(wěn)定性和安全性也受到了嚴(yán)峻的考驗，水冷壁、省煤器、過熱器、再熱器(以下簡稱“四管”）的爆管現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，這已成為發(fā)電機(jī)組非正常停機(jī)的主要原因。爆管現(xiàn)象一旦發(fā)生，將會給電廠造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重時可能造成人身傷亡事故。因此，避免“四管”爆破事故，已成為火電廠金屬監(jiān)督工作中一項很重要的內(nèi)容。

在“四管”泄漏、爆破事故中，水冷壁爆管事故占有較大比例。據(jù)不完全統(tǒng)計，2013年某省南部電網(wǎng)火力發(fā)電機(jī)組中，水冷壁爆管造成的泄漏事故占“四管”泄漏60%以上。并且，水冷壁作為鍋爐中重要的承壓部件及主要受熱面，一旦爆破，將造成重大損失。水冷壁爆管可能會導(dǎo)致鍋爐嚴(yán)重缺水，同時有可能使?fàn)t膛熄滅，如果缺水不能得到及時補給，甚至?xí)斐慑仩t爆炸事故。因此，防止水冷壁爆管，對于保障機(jī)組安全運行具有重大意義。筆者有多年火電廠金屬部件檢驗、分析經(jīng)驗，現(xiàn)結(jié)合典型案例，總結(jié)出火電廠水冷壁爆管的主要原因，并針對具體情況給出相應(yīng)的應(yīng)對措施，以供參考。

1 水冷壁爆管主要原因分析

從理論上說，水冷壁爆管原因很多，并且大部分爆管事故并非由單一因素引起。筆者根據(jù)自身工作經(jīng)驗，結(jié)合典型案例，總結(jié)出火電廠水冷壁爆管的主要原因。

1.1 材料缺陷

材料控制是水冷壁質(zhì)量的基礎(chǔ)。如果發(fā)生材料錯用或者原料質(zhì)量不合格等情況，必然會造成嚴(yán)重后果。近年來，各電廠在材料管理方面都趨于正規(guī)，材質(zhì)確認(rèn)手段比較先進(jìn)，因此，在實踐中材質(zhì)錯用現(xiàn)象基本不會出現(xiàn)。但在某些情況下，由于種種原因，不合格的材料會被使用。

1.2 焊接缺陷

近年來，電廠對水冷壁管的防磨防爆工作越來越重視，在每臺機(jī)組檢修中，幾乎都會對水冷壁管進(jìn)行更換。因此，更換水冷壁管的焊口質(zhì)量直接影響到機(jī)組能否安全運行。如果焊口中存在裂紋、未焊透、未熔合、夾渣等危害性超標(biāo)缺陷，則很有可能在運行中發(fā)生爆管事故。筆者曾對某300 MW新建機(jī)組水冷壁新焊口缺陷做出統(tǒng)計，各種缺陷在返修片子中所占比例為:未熔合4%，未焊透25%，氣孔56%，密集氣孔15%。其中，焊接缺陷主要為未焊透和氣孔，共占81%。此數(shù)據(jù)雖然為一臺鍋爐統(tǒng)計所得，但也從一定程度上反映出水冷壁焊接的主要缺陷。

焊接缺陷不僅存在于更換水冷壁管的焊口中，同時也存在于水冷壁鰭片與管子的焊接處。由于對鰭片與管子焊接質(zhì)量的重視程度不夠，管子與鰭片之間的焊縫也成為水冷壁的薄弱環(huán)節(jié)。在檢修中，鰭片焊接通常在檢修即將結(jié)束時進(jìn)行，留給此道工序的時間有限，加上對鰭片焊接不夠重視，認(rèn)為其不承受壓力，因此鰭片焊接時無證操作現(xiàn)象較多。同時為了趕工期，焊接時都采用較大電流，較大電流雖然會提高焊接速度，但也會造成較大的焊接殘余應(yīng)力，嚴(yán)重時會拉裂水冷壁管，或者在焊接中燒穿管子。

1.3 管壁減薄

水冷壁管壁厚度減薄至最小許用厚度以下，則會發(fā)生爆管事故。火電廠水冷壁管減薄的主要原因為磨損和腐蝕。

1.3.1 磨損

水冷壁管磨損的主要原因是爐膛內(nèi)燃料高速流動，典型存在于循環(huán)流化床鍋爐中。循環(huán)流化床鍋爐的燃料顆粒大、運動速度快，極易對管子造成磨損。

水冷壁管發(fā)生磨損的另一個原因是結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)。如果鍋爐某一部件設(shè)計不當(dāng)，則此部位會出現(xiàn)經(jīng)常性的磨損。典型的例子就是某些鍋爐長桿吹灰器設(shè)計不當(dāng)，吹灰器在工作時，會對其附近水冷壁管子造成吹損減薄。

1.3.2 高溫硫腐蝕

腐蝕減薄是水冷壁管失效的另一主要原因。水冷壁管腐蝕的原因很多，對火電廠來說，最容易發(fā)生且危害較大的是高溫硫腐蝕。高溫硫腐蝕是指金屬在高溫下與含硫介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫化物。水冷壁管向火側(cè)的高溫硫腐蝕，是在鍋爐燃用煤種含硫量偏高、爐內(nèi)局部缺氧而存在一氧化碳的還原氣氛，并有未完全燃燒的煤粉沖刷水冷壁表面的條件下形成的[1]。2012年1月，某電廠12號鍋爐發(fā)生水冷壁爆管事故，半個月后，13號鍋爐也發(fā)生同樣事故。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，此2起爆管事故，是由于水冷壁管發(fā)生硫腐蝕。上述事故中，經(jīng)過化驗，其燃燒的煤較為劣質(zhì)，硫含量過高，造成水冷壁管嚴(yán)重腐蝕，最終導(dǎo)致爆管泄漏。

1.4 過熱

水冷壁管在爐膛內(nèi)直接受火焰高溫輻射，當(dāng)運行工況出現(xiàn)異常，如管子被堵塞或水循環(huán)不良時，會導(dǎo)致水冷壁管超溫運行。水冷壁管過熱分為長期過熱和短時過熱。

長期過熱是指水冷壁管子長期在超過允許運行溫度下工作。管子長期過熱會使材料缺口的敏感性增加和高溫持久強(qiáng)度下降，從而產(chǎn)生爆管。長期過熱爆管的主要特征是:管徑增加較小；破口不大，斷面粗糙不平整，破口邊緣為鈍邊，不鋒利，破口附近有平行于破口的軸向裂紋；外表面有氧化皮。

短時過熱是指管子在運行過程中，冷卻條件惡化，溫度急劇升高，鋼材的短時抗拉強(qiáng)度急劇下降，向火側(cè)首先產(chǎn)生塑性變形，管壁減薄，發(fā)生爆破。短時過熱爆管的主要特征是:管子變形較大，破口銳利；管子外壁基本無氧化皮；破口處金相組織為馬氏體或馬氏體加鐵素體，破口處硬度提高。

無論是長期過熱或者短時過熱，都是因為水冷壁工況不良，水循環(huán)不能良好地進(jìn)行，導(dǎo)致溫度升高。

2 應(yīng)對措施及建議

2.1 嚴(yán)格控制材料質(zhì)量

材料是一切工序的基礎(chǔ)，必須對其進(jìn)行嚴(yán)格控制。在材料選購上，應(yīng)選擇正規(guī)大廠產(chǎn)品，必要時駐廠進(jìn)行現(xiàn)場驗收，確保材料的化學(xué)成分、物理化學(xué)性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。在材料入場后，應(yīng)對其進(jìn)行入場驗收。委托具有相應(yīng)檢驗資質(zhì)的機(jī)構(gòu)對材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能等進(jìn)行檢驗，檢驗合格，方能使用。應(yīng)采取必要措施，嚴(yán)格禁止材料錯用。

2.2 嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量

為了避免水冷壁管焊接中出現(xiàn)超標(biāo)缺陷，必須對焊接過程進(jìn)行控制。要從源頭抓起，切實做好過程控制。從材料、人員資質(zhì)、焊接工藝、檢驗等各方面抓起，對每一個過程都要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，避免錯用材質(zhì)，確保焊接人員持證上崗，確保焊接工藝的正確性。在焊接工序完成后，應(yīng)委托有資質(zhì)的單位對新焊口進(jìn)行無損檢測。

同時，應(yīng)加強(qiáng)對鰭片焊接質(zhì)量的重視。在鰭片焊接中也應(yīng)當(dāng)制定相應(yīng)的焊接工藝，禁止無證上崗，對此工序留出足夠的操作時間，避免因趕工期造成焊接質(zhì)量過低。

2.3 預(yù)防磨損與腐蝕

避免水冷壁管磨損的有效措施是對其表面進(jìn)行防磨噴涂，對嚴(yán)重磨損處，可采取噴涂防護(hù)與防磨擋板相結(jié)合的措施。如果條件允許，應(yīng)對爐膛結(jié)構(gòu)及燃燒方式進(jìn)行分析，結(jié)合機(jī)組檢修，對其進(jìn)行改造，以從根本上解決磨損問題。同時應(yīng)對燃煤質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，嚴(yán)格控制入爐煤粉質(zhì)量和粒度。

水冷壁管高溫硫腐蝕的主要因素硫來源于燃煤，因此應(yīng)嚴(yán)格控制鍋爐燃煤質(zhì)量。要重視火電廠入場煤質(zhì)的質(zhì)量控制，嚴(yán)格控制其硫含量，使其在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，避免使用劣質(zhì)煤。在300～500℃范圍內(nèi)，管壁外表面溫度每升高50℃，將使煙氣側(cè)腐蝕速度增加一倍。因此，應(yīng)保持爐內(nèi)燃燒工況良好，避免出現(xiàn)受熱面局部溫度過高現(xiàn)象。

2.4 防止水冷壁管超溫運行

加強(qiáng)鍋爐運行管理，嚴(yán)格對水冷壁運行狀況進(jìn)行監(jiān)控，防止出現(xiàn)超溫超壓超負(fù)荷運行現(xiàn)象。加強(qiáng)鍋爐化學(xué)監(jiān)督，確保汽水品質(zhì)，防止因水質(zhì)不良而導(dǎo)致水冷壁內(nèi)結(jié)垢，從而引起局部過熱。在檢修時，做好水冷壁管的防磨防爆工作，對于有異常的管子，可結(jié)合割管，進(jìn)行理化檢驗。在檢修結(jié)束后，應(yīng)檢查清理水冷壁中的雜物，防止因雜物堵塞造成過熱；必要時對鍋爐進(jìn)行清洗。

3 結(jié)語

火電廠水冷壁爆管原因很多，本文僅結(jié)合筆者實際工作經(jīng)驗，從典型案例出發(fā)，總結(jié)了幾種常見原因，并提出應(yīng)對措施。在實踐中，由于機(jī)組容量不同，機(jī)組參數(shù)不同，且水冷壁爆管也并非是由單一因素引起的，因此，在檢修時，應(yīng)做好防磨防爆工作，同時，如更換水冷壁管，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接過程的每一個因素。在發(fā)生水冷壁爆管事故后，應(yīng)認(rèn)真分析原因，總結(jié)經(jīng)驗，吸取教訓(xùn)，改進(jìn)不足，避免同類事故再次發(fā)生，這樣才能保障發(fā)電機(jī)組安全、穩(wěn)定運行。

[1]焦慶豐，姚斌，程剛，等.大型電站鍋爐水冷壁高溫腐蝕原因分析與控制[J].湖南電力，2004，24(2）

2014-10-10

李國維(1986—），男，河南鄧州人，工程師，主要從事火電站金屬部件檢驗工作。