600 MW超臨界機組鍋爐水冷壁爆管原因分析

2016-12-20 03:56:33陳永生

設備管理與維修 2016年11期

陳永生

（福建華電電力工程有限公司，福州350003）

陳永生

（福建華電電力工程有限公司，福州350003）

電廠600 MW機組鍋爐水冷壁在機組啟動過程中發生爆管事故的處理過程。通過對爆口管樣進行宏觀、化學成分、金相、回路結構等分析，認為是易溶紙堵塞，造成水冷壁管內工質減少繼而引發短時過熱爆管，同時機組制定了相關措施，避免此類事故再次發生。

超臨界機組；水冷壁；螺旋管圈；爆管；過熱；易溶紙

1 設備概況

某電廠二期工程2×600 MW機組鍋爐為超臨界參數變壓運行直流爐，爐膛由膜式水冷壁組成，寬度18 816 mm，深度17 696 mm，從冷灰斗進口（標高8300 mm）至標高49 670 mm處采用螺旋管圈，在此上方為垂直管圈，高度約為23 m，過渡采用中間混合集箱。至2014年10月16日水冷壁爆管，鍋爐累計運行約40 494 h。

2 爆管情況

2014年9月30日，3#機組因節假日系統負荷低調停消缺，10月16日機組啟動，下午14:23并網，18:00鍋爐1#角EF層燃燒器水冷壁區域發出4管泄漏報警，經現場確認為水冷壁爆管，停爐檢查在鍋爐左墻距1#角EF層燃燒器頂部水冷套彎頭約1 m看火孔直通管處發現爆口（圖1），管子材料為15CrMoG、規格為超臨界機Φ38.1×6.36 mm。爆口周圍水冷壁管無明顯減薄，爆口下方回路向火側出現變色（圖2）。

3 爆管取樣

在爆口、爆口上方和下方分別割取試樣，編號為1#樣、2#樣、3#樣。爆口宏觀形貌如圖3所示，呈短時過熱爆口特征，尺寸約100×15 mm。爆口②側呈脆性斷口特征，邊緣為鈍邊、壁厚輕微減薄；爆口①側存在較為明顯減薄，減薄處周圍存在眾多軸向微裂紋。爆口壁厚測量情況如表1所示，爆口內壁存在氧化皮龜裂及脫落現象，爆口缺損處為管子泄漏時崩飛，殘余物未能找到。對1#樣進行化學成分檢測，檢測結果符合GB 5310-2008標準中15CrMoG材料化學成分的要求（表2）。

截取1#樣爆口處和爆口背面的橫截面及縱截面、2#樣向火側和背火側橫截面、3#樣向火側橫截面，經鑲嵌、磨拋及化學侵蝕后進行金相檢驗，評定結果：①1#樣爆口金相組織為鐵素體+珠光體，晶粒呈拉伸纖維狀，為管件發生泄露時產生較大塑形變形引起（圖4）；②其他截取樣品金相檢驗結果均未發現異常組織，金相組織為鐵素體+珠光體，珠光體區域完整，層片狀碳化物開始分散，趨于球狀化，晶界有少量碳化物，球化級別為2級，試樣橫截面金相組織如圖5～圖7所示。

對1#樣爆口處和爆口背面的橫截面及縱截面、2#樣向火側和背火側橫截面、3#樣向火側橫截面進行顯微硬度檢測，檢測結果如表3所示。對2#樣向火側及背火側、3#樣的向火側加工成拉伸試樣并進行常溫拉伸試驗，試驗結果符合GB 5310-2008標準中15CrMoG材料的要求（表4）。

圖1 爆管部位現場照片

圖2 爆口下方回路向火側變色照片

4 爆管分析

爆口及爆口附近金相組織為鐵素體+珠光體，珠光體球化評級為2級，說明管子短時超溫溫度未超過相變點溫度。爆管時間距離鍋爐點火時間短，爐膛內觀察火焰刷墻現象不明顯，檢查爆口管相鄰管均未發現超溫現象，說明只是單管存在超溫現象，燃燒的中心偏差及鍋爐的運行操作不是管子過熱爆管的主要原因。根據管子的化學成分、金相組織、硬度值、拉伸試驗結果等分析，材質也不是導到爆管的主要原因，檢查爆口管及相鄰管內壁結垢情況，垢量不大，因此結垢因素也排除。

圖3 爆口宏觀形貌

表1 #1樣爆口壁厚測量結果mm

表2 #1樣化學成分檢測結果%

圖4 #1樣爆口橫截面圖5#1樣爆口背面橫截面金相組織（500×）金相組織（500×）

鍋爐水冷壁管在運行過程中吸收爐膛高溫輻射熱，管子的冷卻靠的是內部蒸汽，如果管子內部無蒸汽流動，或流動蒸汽量不足以使管子冷卻，則管子必然會發生超溫。綜合爆口下方回路向火側出現變色情況，推測水冷壁管短時過熱爆管原因為管內工質減少引起。對爆口上、下方回路進行通氣試驗，均通暢，沿下方回路檢查未發現其它泄漏點，回路彎頭射線抽檢未發現異物。經現場核對，爆口管回路由水冷壁前墻下集箱右2管引出，因引出管與冷灰斗上水封密封焊縫處運行中膨脹受堵拉裂，此次節日調停檢修中對相應管段進行更換，同時由于在機組停運過程中汽機側高、低旁管路出現故障情況抽真空執行出現偏差，受熱面管內積水較嚴重，進行新管焊接時因受熱面管內水汽蒸發存在較大負壓，經調整無效，焊接出現返工，為保證進度及焊口質量，易溶紙使用量加大，而右2引出管底部水平段結構相對復雜，更換部位出口到螺旋上升管圈入口距離1000 mm左右，布置有3個直角彎頭，阻力大，在機組啟動初期，工質流速低、流量小，量大的可溶紙容易堵塞彎頭。