電站鍋爐二級(jí)過熱器及水冷壁爆管原因分析

謝建峰

（中國(guó)石化金陵分公司，江蘇 南京 210033）

電站鍋爐二級(jí)過熱器及水冷壁爆管原因分析

謝建峰

（中國(guó)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(xué)成分分析、金相分析、拉伸性能檢測(cè)、SEM分析對(duì)電站鍋爐二級(jí)過熱器、水冷壁爆管原因進(jìn)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(jí)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(yùn)行中突發(fā)受熱面泄漏事故，造成緊急停爐，待鍋爐冷卻并清渣后進(jìn)入爐膛，檢查發(fā)現(xiàn)翼墻水冷壁和二級(jí)過熱器均有爆破損傷，損傷處集中在乙側(cè)翼墻水冷壁爐內(nèi)側(cè)管束（圖1）和二級(jí)過熱器最下排的局部區(qū)域（圖2）。

圖1 乙側(cè)翼墻水冷壁損傷泄漏狀況

圖2 二級(jí)過熱器損傷泄漏狀況

乙側(cè)翼墻水冷壁爐內(nèi)側(cè)第1根 爆口泄漏，水冷壁泄漏點(diǎn)位于乙側(cè)翼墻，標(biāo)高略低于二級(jí)過熱器漏點(diǎn)，有多處破口，其中第1根（從北向南數(shù)，下同）管子呈爆破狀態(tài)，約200 mm長(zhǎng)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(diǎn)，破口邊緣壁厚很薄，見圖3。二級(jí)過熱器泄漏點(diǎn)位于第6屏（從東向西數(shù)，下同）過熱器上迎煙面第1根管子（從下向上數(shù)，下同），有3處漏點(diǎn)，泄漏點(diǎn)外表面有嚴(yán)重磨損及沖刷痕跡，原有的防磨護(hù)板只殘留小部分，殘留區(qū)域也有嚴(yán)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(diǎn)

圖4 二級(jí)過熱器管排泄漏點(diǎn)

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(yán)重的沖刷痕跡，管內(nèi)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(nèi)壁存在0.5~0.8 mm厚氧化層。

2.2 化學(xué)成分分析

水冷壁材質(zhì)為SA210A-1、二級(jí)過熱器Ω管材質(zhì)為SA213T22，化學(xué)成分分析見表1，均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可以排除因材質(zhì)錯(cuò)用導(dǎo)致事故的原因。

表1 受損水冷壁管、過熱器管化學(xué)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(fā)現(xiàn)明顯的球化現(xiàn)象；二級(jí)過熱器管金相照片見圖9（左：100倍，右：500倍）。水冷壁和二級(jí)過熱器管試樣金相檢測(cè)結(jié)果見表2，結(jié)合金相照片，可以看出二級(jí)過熱器管出現(xiàn)了嚴(yán)重的球化現(xiàn)象，球化達(dá)到了4.5級(jí)，說明過熱管超溫現(xiàn)象嚴(yán)重，長(zhǎng)期處于超溫狀態(tài)。

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(jí)過熱器管試樣金相檢測(cè)結(jié)果

2.4 硬度檢測(cè)

水冷壁管和二級(jí)過熱器管硬度檢測(cè)見表3，可見水冷壁管強(qiáng)度及塑性均在規(guī)定性能范圍內(nèi)，表明其材料未發(fā)生明顯劣化。而過熱器管在超溫服役后，珠光體球化嚴(yán)重，屈服強(qiáng)度明顯降低。

表3 顯微維氏硬度測(cè)量結(jié)果

說明：按照DL/T869-2012和GB/T1172-1999標(biāo)準(zhǔn)，水冷壁材質(zhì)硬度應(yīng)不大于170 HV,過熱器材質(zhì)硬度應(yīng)不大于210 HV。

2.5 掃描電鏡分析

二級(jí)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(xiàn)較多孔洞，且有大量氧化物存在；在水冷壁斷口處出現(xiàn)典型疲勞斷裂特征。

3 爆管過程推斷

從圖2中可見二級(jí)過熱器下部包裹澆注料有部分已脫落，觀察澆注料脫落區(qū)，可見表面顏色左右兩邊不同，左側(cè)（靠近水冷壁側(cè)）顏色較深，與上部未包裹澆注料的區(qū)域基本相同，右側(cè)顏色明顯較淺，應(yīng)是澆注料脫落時(shí)間不同所致，左側(cè)澆注料脫落時(shí)間較長(zhǎng)，因而其表面顏色與上部未包裹澆注料區(qū)域趨于一致，而右側(cè)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(jí)過熱器，發(fā)現(xiàn)第3屏二級(jí)過熱器下部澆注料有明顯開裂、松動(dòng)情況。

翼墻水冷壁在與二級(jí)過熱器相交匯區(qū)域，因煙塵流通截面變化而產(chǎn)生紊流，受到?jīng)_刷，尤其在煙塵出口方向（過熱器上部）更為明顯，仔細(xì)觀察受磨損的水冷壁部位，與二級(jí)過熱器管排上端平齊部位均有明顯受沖刷痕跡，而對(duì)泄漏處的水冷壁外表面觀察，沒有發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。

觀察二級(jí)過熱器殘留的防護(hù)板，在背對(duì)水冷壁、過熱器破口方向的區(qū)域，仍有明顯的磨損痕跡，該區(qū)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?yàn)闊焿m磨損所致。

綜上所述，爆管過程推斷如下：由于第6屏二級(jí)過熱器下部澆注料局部脫落，受到煙塵的直接沖刷；同時(shí)二級(jí)過熱器長(zhǎng)期超溫導(dǎo)致組織變化，管材強(qiáng)度下降，降低了管材的耐磨性能，最終導(dǎo)致二級(jí)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(nèi)部的高壓而爆管。

圖13 二級(jí)過熱器下部防磨護(hù)板磨損情況

4 處理及防范措施

（1）對(duì)泄漏的二級(jí)過熱器進(jìn)行堵管處理。

（2）對(duì)鍋爐兩側(cè)受損翼墻水冷壁進(jìn)行了局部更換。

（3）加強(qiáng)工藝管理，嚴(yán)格執(zhí)行工藝紀(jì)律，防止過熱器超溫運(yùn)行導(dǎo)致材料損傷，對(duì)可能引起二級(jí)過熱器超溫的原因（如過熱器蒸汽溫度監(jiān)視、一級(jí)減溫水調(diào)整、床溫和一二次風(fēng)調(diào)整等）制定整改措施，并加強(qiáng)檢查、監(jiān)督執(zhí)行。

（4）每次停爐時(shí)加強(qiáng)對(duì)受熱面澆注料的檢查，對(duì)損傷、脫落部位及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，并保證修復(fù)質(zhì)量。

TM621. 2

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1671-0711（2016）07（上）-0053-03