超超臨界燃煤鍋爐水冷壁爆管原因分析及防范措施

國投云頂湄洲灣電力有限公司 楊斌

1 設(shè)備概況

國投湄洲灣電廠#4鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)， 型 號SG-2989/28.25-M7007，鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、雙切圓燃燒方式、平衡通風、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)Π型半露天布置、固態(tài)排渣爐。爐膛由膜式壁組成。爐底冷灰斗角度約為55°，從爐膛冷灰斗進口（標高8000mm）到標高54364mm處爐膛四周采用螺旋管圈，管子規(guī)格為Φ38mm，節(jié)距為54mm，傾角為20.6673o。在此上方為垂直管圈，管子規(guī)格為Φ32mm，節(jié)距為51mm。螺旋管與垂直管的過渡采用中間混合集箱。

2 事件經(jīng)過

#4機組2017年6月26日9∶08鍋爐點火，23∶30鍋爐轉(zhuǎn)干態(tài)直流運行，發(fā)現(xiàn)補水率達3%左右，（設(shè)計補水率TRL工況1.5%），經(jīng)排查機爐側(cè)疏放水閥內(nèi)漏情況，未發(fā)現(xiàn)有較大內(nèi)漏閥門。

6月29日2∶00至18∶00,#4機組負荷基本維持400MW，化學(xué)除鹽水供#4機組平均補水量約80t/h(此時間段#3機組未補水),一期供二期#4機組輔汽流量約為12t/h，此時間段#4機組外排水主要有低加疏水泵出口管路沖洗排水（20t/h以內(nèi)）、電除塵灰斗加熱少量疏水。

17∶00，調(diào)試單位、總包單位和運行人員懷疑#4鍋爐受熱面有泄漏，各單位配合進行就地檢查。

圖1 鍋爐水冷壁示意圖

18∶00，施工單位技術(shù)人員開啟#4爐44米層右側(cè)#8角看火孔，發(fā)現(xiàn)右側(cè)#8角前墻處有異音，初步判斷螺旋水冷壁有泄漏，此時鍋爐四管泄漏監(jiān)測裝置對應(yīng)監(jiān)測點未達到泄漏報警限值。

21∶35，經(jīng)采取將對應(yīng)位置吹灰器抽出、退出爐膛火焰電視探頭及隔離冷卻壓縮空氣、采用窺視探頭等措施綜合判斷，確定#4爐44米層#8角前墻螺旋水冷壁泄漏，調(diào)試單位下令向調(diào)度申請停機。

6月30日4∶08，汽輪機完成ATT試驗及超速試驗，#4鍋爐停爐后，打開看火孔用手電筒觀察，明確看到#4爐44米層#8角前墻螺旋水冷壁正在泄漏。

7月1日20∶33,經(jīng)鍋爐重新上水查漏，發(fā)現(xiàn)#4爐44米層#8角、#4角、#5角前墻螺旋水冷壁均有漏點。

3 試驗分析

3.1 宏觀檢查

對#4鍋爐水冷壁右墻中間集箱進行內(nèi)窺鏡檢查，探頭從水冷壁管(集箱上中間排前數(shù)第48根)管口伸入（見圖2），重點檢查水冷壁管中間集箱（檢查范圍為前后各1.5m）和水冷壁管內(nèi)表面（檢查范圍為1m），發(fā)現(xiàn)水冷壁管中間集箱存在異物（見圖3）。

圖2 水冷壁管中間集箱內(nèi)窺鏡檢查圖

圖3 水冷壁管中間集箱內(nèi)部異物示意圖

對#4鍋爐39.2米層前墻燃燒器水冷壁管4#角至#8角5處可疑泄漏點進行內(nèi)窺鏡檢查，重點檢查水冷壁管對接焊縫外表面，發(fā)現(xiàn)5#角其中一根水冷壁管（與前述同一根）對接焊縫存在裂紋(見圖4)，#8角鰭片與水冷壁管之間的焊縫存在缺陷（見圖5）。

圖4 #5角對接焊縫缺陷示意圖

圖5 #8角鰭片與水冷壁管缺陷示意圖

圖6 水冷壁管下集箱內(nèi)窺鏡檢查示意圖

對#4鍋爐水冷壁前墻下集箱進行內(nèi)窺鏡檢查，探頭從水冷壁管（與前述同一根）管口（見圖6）伸入，重點檢查水冷壁管下集箱（檢查范圍為左右各1.5m）和水冷壁管內(nèi)表面（檢查范圍為1m），經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)異常情況。

3.2 金相分析

對送檢的#4鍋爐水冷壁管沿管子的橫斷面取樣制成金相試樣，在金相顯微鏡下觀察其金相組織。浸蝕劑為4%硝酸酒精溶液。取樣位置如圖1所示，爆管兩端樣品原編號為#1、#2，吹損管兩端樣品原編號為#3、#4。試驗結(jié)果見圖3～圖6。

圖7 金相樣品取樣位置照片

圖8 水冷壁管（#1）的金相組織照片

圖9 水冷壁管（#2）的金相組織照片

圖10 水冷壁管（#3）的金相組織照片

圖11 水冷壁管（#4）的金相組織照片

受檢水冷壁管的金相組織均為鐵素體+珠光體。#1管樣珠光體球化級別為2.5至3.5級，傾向性至中度球化；#2管樣珠光體球化級別為3至4級，輕度至中度球化，表明該管子曾經(jīng)歷超溫運行工況，具有過熱爆管特征。#3、#4管樣珠光體球化級別為1.5至2級，未球化至傾向性球化，金相組織正常。

對送檢的4號鍋爐水冷壁管沿管子的橫斷面取樣制成金相試樣，在金相顯微鏡下觀察其金相組織。浸蝕劑為4%硝酸酒精溶液。如圖7所示，送檢3根管樣標記為4、5、后墻，對每根管樣一端取樣，樣品原編號分別為#4、#5、#6。試驗結(jié)果見圖8～圖11。

受檢水冷壁管的金相組織均為鐵素體+珠光體，珠光體球化級別均 為1.5至2級，未球化至傾向性球化，金相組織正常。

3.3 布氏硬度測試

受檢水冷壁管硬度測試結(jié)果均符合DL/T438-2016標準的技術(shù)要求。

3.4 運行資料分析

#4鍋爐螺旋水冷壁管材為15CrMoG（報警溫度449℃，保護跳閘溫度463℃，材料極限溫度550℃），事件發(fā)生前螺旋水冷壁溫度正常，未出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，螺旋水冷壁溫度最高點339℃，由此可排除超溫的原因。

4 原因排查

停爐后通過爐內(nèi)重新上水檢查，發(fā)現(xiàn)螺旋水冷壁管共有5個裂口，其中4個均出現(xiàn)在焊縫上，一個出現(xiàn)在母材上，經(jīng)金相分析，母材上的裂口經(jīng)分析為過熱爆管導(dǎo)致，其他焊口處也存在焊接質(zhì)量問題，組織人員利用圖紙法檢查確認，5個裂口均在同一根管子上。

對該管道進行壓縮空氣通流試驗、木球通球試驗等手段逐段檢測通流情況，對爆管部位進行割管，最終發(fā)現(xiàn)該管系15m層處管段有一鋼球，該鋼球?qū)е铝嗽摴芟倒べ|(zhì)流通不暢，從而使得壁溫過熱，出現(xiàn)爆管。

5 處理方案

換管前檢查。取出管道內(nèi)遺留的鋼球，對切割下的泄漏段管道進行金相分析，分析出管材兩端的過熱情況（包括因沖刷導(dǎo)致泄漏的管子），無過熱現(xiàn)象，直接換管恢復(fù)管道。

換管方案。將管子拉出做讓管，焊口在爐外焊接，形成的縫隙用同圖紙材質(zhì)的扁鋼封堵，焊接完成后進行射線探傷。

換管后的管道檢查。管子兩端的焊口暫不焊接，將凝結(jié)水接入該管子進行水壓試驗檢查，水壓試驗正常后焊接并做射線探傷。

6 防范措施

嚴格按照水冷壁安裝施工工藝和通球試驗規(guī)范進行施工操作。按照規(guī)定選擇試驗用球的直徑，球必須能從管子中順利通過，否則應(yīng)找出原因?qū)茏舆M行修理或更換；試驗的管子及試驗用球必須編號，實驗完畢將球妥善保管，防止遺留管內(nèi)；通球時，出球管口應(yīng)設(shè)擋收球裝置，管口正前方不得有人站立或行走。

提高施工操作人員工作責任心，加強施工記錄、施工相關(guān)臺賬管理，做到每一個管口、每一道焊縫都能有歷史記錄可查，可追溯到責任人，把施工安全責任落到實處。

受熱面管道安裝、試驗等重要工序應(yīng)編寫相應(yīng)施工組織方案并各方簽字，監(jiān)理單位、建設(shè)單位、總包單位人員應(yīng)現(xiàn)場見證，避免發(fā)生類似事件。