火電廠水冷壁爆管常見原因分析及應對措施

李國維 李文彬 劉長福

(國網河北省電力公司電力科學研究院，河北石家莊 050021）

火電廠水冷壁爆管常見原因分析及應對措施

李國維 李文彬 劉長福

(國網河北省電力公司電力科學研究院，河北石家莊 050021）

根據一些典型爆管案例，結合現場實際工作，總結出火電廠水冷壁爆管常見原因，并提出應對措施，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，隨著火電廠機組容量的提高，機組運行的穩定性和安全性也受到了嚴峻的考驗，水冷壁、省煤器、過熱器、再熱器(以下簡稱“四管”）的爆管現象經常發生，這已成為發電機組非正常停機的主要原因。爆管現象一旦發生，將會給電廠造成巨大的經濟損失，嚴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督工作中一項很重要的內容。

在“四管”泄漏、爆破事故中，水冷壁爆管事故占有較大比例。據不完全統計，2013年某省南部電網火力發電機組中，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致鍋爐嚴重缺水，同時有可能使爐膛熄滅，如果缺水不能得到及時補給，甚至會造成鍋爐爆炸事故。因此，防止水冷壁爆管，對于保障機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、分析經驗，現結合典型案例，總結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的應對措施，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。筆者根據自身工作經驗，結合典型案例，總結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量的基礎。如果發生材料錯用或者原料質量不合格等情況，必然會造成嚴重后果。近年來，各電廠在材料管理方面都趨于正規，材質確認手段比較先進，因此，在實踐中材質錯用現象基本不會出現。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，在每臺機組檢修中，幾乎都會對水冷壁管進行更換。因此，更換水冷壁管的焊口質量直接影響到機組能否安全運行。如果焊口中存在裂紋、未焊透、未熔合、夾渣等危害性超標缺陷，則很有可能在運行中發生爆管事故。筆者曾對某300 MW新建機組水冷壁新焊口缺陷做出統計，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%。此數據雖然為一臺鍋爐統計所得，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節。在檢修中，鰭片焊接通常在檢修即將結束時進行，留給此道工序的時間有限，加上對鰭片焊接不夠重視，認為其不承受壓力，因此鰭片焊接時無證操作現象較多。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力，嚴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燃料高速流動，典型存在于循環流化床鍋爐中。循環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。

水冷壁管發生磨損的另一個原因是結構設計不當。如果鍋爐某一部件設計不當，則此部位會出現經常性的磨損。典型的例子就是某些鍋爐長桿吹灰器設計不當，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發生化學反應，生成硫化物。水冷壁管向火側的高溫硫腐蝕，是在鍋爐燃用煤種含硫量偏高、爐內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號鍋爐發生水冷壁爆管事故，半個月后，13號鍋爐也發生同樣事故。經過分析發現，此2起爆管事故，是由于水冷壁管發生硫腐蝕。上述事故中，經過化驗，其燃燒的煤較為劣質，硫含量過高，造成水冷壁管嚴重腐蝕，最終導致爆管泄漏。

1.4 過熱

水冷壁管在爐膛內直接受火焰高溫輻射，當運行工況出現異常，如管子被堵塞或水循環不良時，會導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度下降，從而產生爆管。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，鋼材的短時抗拉強度急劇下降，向火側首先產生塑性變形，管壁減薄，發生爆破。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，水循環不能良好地進行，導致溫度升高。

2 應對措施及建議

2.1 嚴格控制材料質量

材料是一切工序的基礎，必須對其進行嚴格控制。在材料選購上，應選擇正規大廠產品，必要時駐廠進行現場驗收，確保材料的化學成分、物理化學性能符合相關標準要求。在材料入場后，應對其進行入場驗收。委托具有相應檢驗資質的機構對材料的化學成分、力學性能等進行檢驗，檢驗合格，方能使用。應采取必要措施，嚴格禁止材料錯用。

2.2 嚴格控制焊接質量

為了避免水冷壁管焊接中出現超標缺陷，必須對焊接過程進行控制。要從源頭抓起，切實做好過程控制。從材料、人員資質、焊接工藝、檢驗等各方面抓起，對每一個過程都要進行嚴格的控制，避免錯用材質，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，應委托有資質的單位對新焊口進行無損檢測。

同時，應加強對鰭片焊接質量的重視。在鰭片焊接中也應當制定相應的焊接工藝，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量過低。

2.3 預防磨損與腐蝕

避免水冷壁管磨損的有效措施是對其表面進行防磨噴涂，對嚴重磨損處，可采取噴涂防護與防磨擋板相結合的措施。如果條件允許，應對爐膛結構及燃燒方式進行分析，結合機組檢修，對其進行改造，以從根本上解決磨損問題。同時應對燃煤質量進行監控，嚴格控制入爐煤粉質量和粒度。

水冷壁管高溫硫腐蝕的主要因素硫來源于燃煤，因此應嚴格控制鍋爐燃煤質量。要重視火電廠入場煤質的質量控制，嚴格控制其硫含量，使其在標準范圍之內，避免使用劣質煤。在300～500℃范圍內，管壁外表面溫度每升高50℃，將使煙氣側腐蝕速度增加一倍。因此，應保持爐內燃燒工況良好，避免出現受熱面局部溫度過高現象。

2.4 防止水冷壁管超溫運行

加強鍋爐運行管理，嚴格對水冷壁運行狀況進行監控，防止出現超溫超壓超負荷運行現象。加強鍋爐化學監督，確保汽水品質，防止因水質不良而導致水冷壁內結垢，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，可結合割管，進行理化檢驗。在檢修結束后，應檢查清理水冷壁中的雜物，防止因雜物堵塞造成過熱；必要時對鍋爐進行清洗。

3 結語

火電廠水冷壁爆管原因很多，本文僅結合筆者實際工作經驗，從典型案例出發，總結了幾種常見原因，并提出應對措施。在實踐中，由于機組容量不同，機組參數不同，且水冷壁爆管也并非是由單一因素引起的，因此，在檢修時，應做好防磨防爆工作，同時，如更換水冷壁管，應嚴格控制焊接過程的每一個因素。在發生水冷壁爆管事故后，應認真分析原因，總結經驗，吸取教訓，改進不足，避免同類事故再次發生，這樣才能保障發電機組安全、穩定運行。

[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。