電站鍋爐二級過熱器及水冷壁爆管原因分析

謝建峰

（中國石化金陵分公司，江蘇 南京 210033）

電站鍋爐二級過熱器及水冷壁爆管原因分析

謝建峰

（中國石化金陵分公司，江蘇 南京 210033）

通過宏觀爆管檢查狀況、微觀化學成分分析、金相分析、拉伸性能檢測、SEM分析對電站鍋爐二級過熱器、水冷壁爆管原因進行分析，確定爆管原因，推斷損壞過程，從而制定防范措施。

二級過熱器；水冷壁；澆注料；磨損

1 爆管泄漏狀況

2015年8月26日，某電站鍋爐運行中突發受熱面泄漏事故，造成緊急停爐，待鍋爐冷卻并清渣后進入爐膛，檢查發現翼墻水冷壁和二級過熱器均有爆破損傷，損傷處集中在乙側翼墻水冷壁爐內側管束（圖1）和二級過熱器最下排的局部區域（圖2）。

圖1 乙側翼墻水冷壁損傷泄漏狀況

圖2 二級過熱器損傷泄漏狀況

乙側翼墻水冷壁爐內側第1根 爆口泄漏，水冷壁泄漏點位于乙側翼墻，標高略低于二級過熱器漏點，有多處破口，其中第1根（從北向南數，下同）管子呈爆破狀態，約200 mm長管段沿周向完全撕開；與爆口相鄰的翼墻水冷壁管外表面均有明顯沖刷痕跡，有三處沖刷凹坑泄漏點，破口邊緣壁厚很薄，見圖3。二級過熱器泄漏點位于第6屏（從東向西數，下同）過熱器上迎煙面第1根管子（從下向上數，下同），有3處漏點，泄漏點外表面有嚴重磨損及沖刷痕跡，原有的防磨護板只殘留小部分，殘留區域也有嚴重磨損痕跡，見圖4。

圖3 與爆口相鄰的翼墻水冷壁管沖刷凹坑漏點

圖4 二級過熱器管排泄漏點

2 原因分析

2.1 宏觀腐蝕、爆管狀況檢查

水冷壁爆管管壁及鄰近水冷壁管壁外表面有嚴重的沖刷痕跡，管內壁無明顯腐蝕凹坑，斷管水冷壁管可見疲勞輝紋；過熱管泄漏破口不大，破口面粗糙，不平整，邊緣鋒利，破口壁減薄明顯，內壁存在0.5~0.8 mm厚氧化層。

2.2 化學成分分析

水冷壁材質為SA210A-1、二級過熱器Ω管材質為SA213T22，化學成分分析見表1，均符合標準要求，可以排除因材質錯用導致事故的原因。

表1 受損水冷壁管、過熱器管化學成分 w，%

2.3 金相分析

水冷壁金相組織為鐵素體+珠光體，其金相照片見圖5至圖8（左：100倍，右：500倍），組織正常，幾乎沒有發現明顯的球化現象；二級過熱器管金相照片見圖9（左：100倍，右：500倍）。水冷壁和二級過熱器管試樣金相檢測結果見表2，結合金相照片，可以看出二級過熱器管出現了嚴重的球化現象，球化達到了4.5級，說明過熱管超溫現象嚴重，長期處于超溫狀態。

圖5 水冷壁迎火面金相照片

圖6 水冷壁背火面金相照片

圖7 水冷壁穿孔處金相照片

圖8 水冷壁斷管爆口金相照片

圖9 過熱器管爆口處金相照片

表2 水冷壁和二級過熱器管試樣金相檢測結果

2.4 硬度檢測

水冷壁管和二級過熱器管硬度檢測見表3，可見水冷壁管強度及塑性均在規定性能范圍內，表明其材料未發生明顯劣化。而過熱器管在超溫服役后，珠光體球化嚴重，屈服強度明顯降低。

表3 顯微維氏硬度測量結果

說明：按照DL/T869-2012和GB/T1172-1999標準，水冷壁材質硬度應不大于170 HV,過熱器材質硬度應不大于210 HV。

2.5 掃描電鏡分析

二級過熱器管及水冷壁爆口掃描電鏡分析見圖10-圖12，可見兩者均有大量裂紋，過熱管出現較多孔洞，且有大量氧化物存在；在水冷壁斷口處出現典型疲勞斷裂特征。

3 爆管過程推斷

從圖2中可見二級過熱器下部包裹澆注料有部分已脫落，觀察澆注料脫落區，可見表面顏色左右兩邊不同，左側（靠近水冷壁側）顏色較深，與上部未包裹澆注料的區域基本相同，右側顏色明顯較淺，應是澆注料脫落時間不同所致，左側澆注料脫落時間較長，因而其表面顏色與上部未包裹澆注料區域趨于一致，而右側澆注料剛脫落，顏色仍為原來金屬銹色。

圖10 過熱管爆口周邊及爆口處

圖11 水冷壁泄漏處

圖12 水冷壁斷口

檢查其他5屏二級過熱器，發現第3屏二級過熱器下部澆注料有明顯開裂、松動情況。

翼墻水冷壁在與二級過熱器相交匯區域，因煙塵流通截面變化而產生紊流，受到沖刷，尤其在煙塵出口方向（過熱器上部）更為明顯，仔細觀察受磨損的水冷壁部位，與二級過熱器管排上端平齊部位均有明顯受沖刷痕跡，而對泄漏處的水冷壁外表面觀察，沒有發現此現象。

觀察二級過熱器殘留的防護板，在背對水冷壁、過熱器破口方向的區域，仍有明顯的磨損痕跡，該區域無論是水冷壁爆口、還是過熱器爆口，均無法吹到，見圖4和圖14，造成其損傷的原因為煙塵磨損所致。

綜上所述，爆管過程推斷如下：由于第6屏二級過熱器下部澆注料局部脫落，受到煙塵的直接沖刷；同時二級過熱器長期超溫導致組織變化，管材強度下降，降低了管材的耐磨性能，最終導致二級過熱器因煙塵沖刷而破損。破損后從破口中沖出的過熱蒸汽又直接沖刷下方的翼墻水冷壁管，使水冷壁管受蒸汽沖刷而受損減薄，減薄到一定程度后無法承受內部的高壓而爆管。

圖13 二級過熱器下部防磨護板磨損情況

4 處理及防范措施

（1）對泄漏的二級過熱器進行堵管處理。

（2）對鍋爐兩側受損翼墻水冷壁進行了局部更換。

（3）加強工藝管理，嚴格執行工藝紀律，防止過熱器超溫運行導致材料損傷，對可能引起二級過熱器超溫的原因（如過熱器蒸汽溫度監視、一級減溫水調整、床溫和一二次風調整等）制定整改措施，并加強檢查、監督執行。

（4）每次停爐時加強對受熱面澆注料的檢查，對損傷、脫落部位及時進行修復，并保證修復質量。

TM621. 2

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1671-0711（2016）07（上）-0053-03