1000MW機組鍋爐水冷壁泄漏原因分析及處理

田強

摘要：本文簡要介紹了1000MW機組鍋爐基本情況，進行了泄漏問題分析，探索了泄漏問題防范措施：準確掌握焊接操作規范、熱處理，以期提升水冷壁泄漏問題的處理效果，減少機組鍋爐泄漏問題發生，提升鍋爐運行能力。

關鍵詞：焊接;泄漏問題;熱處理

引言：水冷壁在機組鍋爐中，作為受熱部分，含有多組鋼管，集中分布在鍋爐爐膛周邊。在水冷壁內部，含有動態水、蒸氣，外界在接收鍋爐爐膛傳輸的熱量時，管壁將會接收熱量，以此降低爐膛溫度，對爐膛形成保護。鍋爐中有至少40%的熱量，由水冷壁吸收。

一、1000MW機組鍋爐基本情況

1.機組情況

國內某電廠鍋爐型號為M54X，此鍋爐供應商成功引進了Boiler Gmbhd技術，獲得了機組鍋爐運行新形式。鍋爐所用的水冷壁，布設為兩段式，在鍋爐68米位置，裝設了過渡集裝箱。水冷壁分布形式：螺旋管在鍋爐下部、垂直段在鍋爐上部。水冷壁長度大于41.5米時，型號以國產T23鋼為主。

2.材料情況

T23鋼種，在溫度條件為560℃時，其允許應力達到T91，在溫度條件為610℃時，其蠕變強度相比T22鋼類型高出將近一倍。T23鋼類型材料，其可焊能力優異，在焊接前后對其無須采取預熱處理。T23鋼類型與T22類型相比具有較強的高溫保持能力，同時在可焊性方面獲得了改善，由此在行業內獲得了廣泛認可。

如表1所示，T22、T23兩類鋼的機械性能對比情況。

二、泄漏問題分析

在基建工程建設前，施工單位并未全面掌握T23鋼特性，結合廠家工藝配方，有序落實施工焊接操作。與此同時，塔式爐內部的結構分布，存在布局規劃問題。塔式爐內部各分支零件間角焊縫，在水壓性能測試、機組功能調試中，形成多次水冷壁泄漏現象[1]。結合泄漏表現，作出以下分析：

（1）泄漏點，分布具有集中性，以螺旋段水冷壁為例，泄漏位置集中在其標高55米左右處，以轉角彎管角焊位置為主，在過渡梁、管子角等位置，也存在泄漏問題。

（2）在進行水冷壁調試時，機組在冷啟動狀態下，水壓將會處于7`10MPa范圍內，水冷壁泄漏。

針對泄漏問題進行成因分析時，裂紋現象包括三種。

（1）在應力較高狀態時形成的冷裂紋。以熔合線為基準，粗晶區表現出晶界微弱情況，晶界位置形成了碳化物。

（2）管路布局繁雜，剩余應力值較高，同時在焊接不良情況下，形成了裂紋。

（3）冷熱裂紋特點兼備的泄漏現象。在金相試驗中，能夠發現在裂紋擴展時，表現出較為明顯的延晶現象，同時在主裂紋起始位置，可見微裂紋。

裂紋問題小結：現階段所見的裂紋現象，大多數由應力作用形成，將泄漏問題焊接為形差狀態，不良應力在集中分布時，增加了冷裂紋形成的可能性。然而，在結構應力較高、工藝布局合理性不足的條件下，極易形成再熱裂紋現象。

三、泄漏問題防范措施

（一）準確掌握焊接操作規范

結合鋼類型的焊接表現，在焊接鋼材時，應掌握焊接操作規范為：

（1）當使用小口徑弧焊器具進行焊接時，其焊態沖擊形成的韌性值較大，相對于小口徑薄壁管而言，對其進行焊接時，可采用全氬焊接進行處理。針對厚壁管的焊接操作，可使用氬弧焊器具進行前期操作，繼而在填充、蓋面操作時，使用焊條電弧焊。在前期操作打底時，可預焊2～3層，使用氬弧焊完成，以此保障焊接品質，對管內壁形成氬保護狀態，減少氧化問題。

（2）焊接坡口設計傾斜度為60°，鈍邊參數取值為[0.5，1]毫米，間隙參數設計范圍為[2，3]毫米。如若間隙不大，將會引起焊透不完全問題，間隙較大，極易發生填充金屬占比較高的現象，引起焊接速度有所減小，發生背面過燒不利問題。

（3）對鎢棒進行打磨，使其形成傾斜角為15°的錐形，鎢棒較尖時，能夠提升電弧作業的集中效果，電弧集中作業，能夠提升熔池成型速度，最大化保障焊接效率，防止根本發生過燒現象。

（4）在焊接處理時，應以熔合最佳狀態為主，減少冷裂紋焊接現象形成，盡量回避過高預熱處理，回避層間溫度、較高焊接能量的使用問題。采取多層多次的焊接方法，每層焊接厚度以2.5毫米為基準，允許偏差為±5毫米，保障上層焊道能夠以回火形式，反作用于下層焊道。

焊接操作技巧小結：以小線能量焊接為主，提升連弧焊接速度，焊接時進行擺幅控制、焊層厚度小、多層焊接方法[2]。

（二）熱處理

鋼材在起初研發使用時，其操作目標是不做預熱處理，結合ASME標準可知，在對長度不足12毫米的鋼材焊接時，可不予進行熱處理。然而，在生產過程中，鋼材不做預熱處理，具有一定先決條件。針對壁管厚度較大、焊接結構錯雜的構件，如若不采取預熱處理，具有危險性。與此同時，鋼材焊接完成時，對其不采取熱處理，具有處理范圍限制。對于較高拘束應力構件而言，在對其進行焊接處理后，應施行熱處理。

各類鋼材品種，在回火軟化、回火脆性等方面的表現，具有相似性。在較低溫度熱處理時，溫度處理難以改善鋼材料焊接性能，甚至會引起危害問題。因此，應進行適當調高溫度的熱處理，以便于綜合增強鋼材焊接性能。一般情況下，鋼材焊接完成時，熱處理溫度取值范圍為[700，730]℃。然而，在實際焊接處理時，溫度提至740℃，將會增強鋼材性能的改善效果。與此同時，在熱處理時間為2小時，溫度條件為750℃時，能夠獲取鋼材料最佳性能。

在熱處理剛性強、壁厚種類的鋼材時，應在焊接完成后進行，盡量回避再熱裂紋的形成溫度范圍?？刹扇⊥嘶鹛幚硇问?，溫度條件設定為550℃，持續時間為1小時，以此形成釋放剩余應力，繼而控制740℃溫度條件下的退火周期。

結論：綜上所述，在機組運行期間，應加強機組性能監管，準確獲取機組泄漏的發展過程，準確確定泄漏問題根源，加強水冷壁泄漏問題處理，保障鍋爐機組使用的安全性，提升機組運行成本控制效果，保障鍋爐機組平穩運行。

參考文獻

[1]張鴻武，岳增武，楊東旭.電站鍋爐水冷壁管泄漏原因分析及處理[J].中國鑄造裝備與技術，2020，55（04）：79-83.

[2]曾永光，羅紅星，常艷.一起循環流化床鍋爐水冷壁泄漏的原因分析及處理[J].特種設備安全技術，2019（02）：6-7.

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