李希续

摘 要：锅炉水冷壁的泄漏和爆管事故的发生，给电厂的安全、经济运行带来了较大影响。根据2号炉2016-09-28爆管的情况，取样进行了检验分析工作，包括宏观检查、几何尺寸测量、化学成分分析、维氏硬度试验、拉伸试验、金相分析、内壁垢量测定、外壁氧化皮和内壁垢层能谱成分分析。最终得出爆管结果为2号炉水冷壁管样的爆管类型为局部长期过热。引起管样局部长期过热的根本原因是炉内水质品质不良，焊缝根部凸出，导致垢层在焊缝附近向火侧内壁显著沉积，造成焊缝附近向火侧局部长期过热。之后提出了相应的解决方法和防范措施，对锅炉的安全、经济运行具有重要意义。

关键词：水冷壁；爆管；凝汽器泄漏；局部长期过热

中图分类号：TM621.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.073

1 背景

广州市旺隆热电有限公司2号炉为东方锅炉厂制造的DG420/9.8-II2型、钢构架悬吊结构、单炉膛露天布置、平衡通风、四角切圆燃烧方式、固态排渣、100 MW高温高压自然热循环煤粉炉。2号机组于2005-10投产，至2016-09水冷壁爆管时机组累计运行84 376 h，汽机凝汽器管材质为黄铜。2号炉水冷壁共由480根管组成，前、后墙各127根，两侧墙各113根，规格为60×5 mm，材料牌号为20G，水冷壁管内水质设计温度为320 ℃，设计压力为11.5 MPa。

2号炉水冷壁于2016-09-28发生爆管泄漏，爆管为炉后侧从B侧往A侧数第22根，位置为第1层吹灰器第1个吹灰口下方0.6 m处，离上层燃烧器口上方约2 m，爆口处于厂家焊口处。爆管的管段为机组投产后至今未更换过的水冷壁管段，已累计运行84 376 h。

2 试验结果与分析

2.1 宏观检查

管样及爆口的宏观检查结果具体如下：①爆口位于管样向火侧，呈纵向开口，爆口张开较小，纵向长13.0 mm，宽1.5 mm。②爆口部位存在明显鼓包和结渣，稍远离爆口外壁未见鼓包和明显结渣。③爆口对应的内壁局部存在较厚的红褐色垢层，稍远离爆口内壁未见明显垢层。另外，爆口附近内壁的焊口存在焊缝根部凸出的情况，最高1.5 mm，尚未达到DL/T 869的上限值（2.0 mm）。

2.2 几何尺寸测量

管样的几何尺寸（外径和壁厚）测量结果见表1.

DL/T 438—2009 碳素钢管外径蠕变应变大于3.5%，应及时更换管段

DL/T 939—2005 水冷壁壁厚减薄量不应超过设计壁厚的30%

由表1可知：①管样爆口部位胀粗值6.30%，已超过DL/T 438的规定；其他部位的外径未见胀粗。②管样仅在爆口部位存在明显壁厚减薄，其他部位的壁厚未见减薄；爆口部位壁厚减薄值20.8%，尚未达到DL/T 939规定的上限值。

2.3 化学成分分析

按照GB/T 223系列标准对管样进行化学成分分析，其C、Si、Mn、P、S元素含量均符合GB 5310对20G的规定。

2.4 维氏硬度试验

按照GB/T 4340.1在HVS-50型维氏硬度机上对2个金相环样进行维氏硬度试验，试验载荷98 N，保载时间10 s，结果见表2.由表2可知，管样仅爆口部位的硬度明显较低，最低值为106 HV，已低于DL/T 438规定的下限值，其他部位的硬度值符合标准的规定。

2.5 拉伸试验

按照GB/T 228在MTS810电液伺服试验机上对拉伸试样在室温下进行拉伸试验，结果见表3.由表3可知，管样的规定塑性延伸强度、抗拉强度和断后伸长率符合GB 5310对20G新管的规定，管样向火侧的各项拉伸性能指标均略低于其背火侧。

2.6 金相分析

在管样爆口部位和远离爆口部位各制取1个金相环，在OLYMPUS GX71光学显微镜下进行金相分析，按照DL/T 674—1999金相球化评级，分析结果如下：①爆口部位向火侧外壁存在氧化皮略厚，最厚为0.20 mm；远离爆口部位向火侧外壁氧化皮较薄，为0.10 mm。②爆口部位向火侧内壁存在较厚垢层，最厚为1.0 mm，垢层中可见大量的亮黄色铜颗粒；远离爆口部位向火侧内壁垢层较薄。③爆口部位内外壁存在较多的沿壁厚方向发展的蠕变微裂纹和孔洞，显微组织中存在较多蠕变孔洞，珠光体球化5级；爆口部位背火侧及远离爆口向、背火侧的金相组织为铁素体加珠光体，珠光体未见球化，为1级。

2.7 内壁垢量测定

在远离爆口部位制取垢量测量试样，按照DL/T 794—2012对管样内壁垢量进行测定，结果见表4.由表4可知，管样向火面内壁垢量为332.0 g/m2，尚未达到DL/T 794规定的需要化学清洗上限值。

3 综合分析

3.1 爆管类型

根据以上试验分析结果，归纳爆管有如下几个基本特征：①爆口位于管样向火侧，呈纵向开口，爆口张开较小，纵向长13.0 mm，宽1.5 mm；爆口附近内壁的焊口存在焊缝根部凸出现象，最高1.5 mm，尚未达到DL/T 869规定的上限值。②爆口部位存在明显鼓包和外壁结渣，稍远离爆口外壁未見明显结渣；爆口部位外壁氧化皮金相截面最厚为0.2 mm，其主要元素为铁和氧，还均存在少量腐蚀性元素硫及钙、硅、铝。③爆口对应的内壁局部存在较厚的红褐色垢层，爆口部位内壁垢层金相截面最厚为1.0 mm，垢层中可见大量的亮黄色铜颗粒；内壁垢层主要元素为铁和氧，还存在铜、磷、钙，其中铜局部含量高达14.43%，磷高达15.64%；稍远离爆口内壁未见明显垢层，其向火面内壁垢量为332.0 g/m2，尚未达到DL/T 794规定的需要化学清洗上限值。④爆口部位内外壁存在较多的沿壁厚方向发展的蠕变微裂纹和孔洞，显微组织中存在较多蠕变孔洞，珠光体球化5级；爆口部位背火侧及远离爆口向、背火侧的金相组织为铁素体加珠光体，珠光体未见球化，为1级。

根据以上基本特征，判断2号炉水冷壁管样的爆管类型为局部长期过热。

3.2 爆管原因分析

2号炉凝汽器管材质为黄铜，管样爆口部位内壁垢层存在铜、钙、氧、镁元素，可知凝汽器管曾发生过泄漏，使未经处理的生水进入炉水系统。另外，内壁垢层存在的磷元素为炉水加药引入，炉水加药量可能超过标准允许的量。

管样爆口附近内壁的焊口存在明显的焊缝根部凸出，虽尚未超标，但会降低该部位水质的流速，在向火侧的较高壁温作用下，该部位水质浓缩加剧，易使水冷壁内水质中的铜、钙等杂质颗粒沉积到该部位形成垢层，随着机组的长期运行，焊缝附近向火侧内壁的垢层不断增厚。

水冷壁管向火侧内壁垢层的导热系数较低，垢层使管内水质与管壁之间起着隔热作用，一方面，管内水质难以从管外吸热，水质温度难以升高；另一方面，管壁的热量难以被管内水质带走，使传热恶化，导致该部位的管壁温度持续升高，引起水冷壁管局部长期过热，直接影响到管子长期运行下的性能。

4 结论

2号炉水冷壁管样的爆管类型为局部长期过热。引起管样局部长期过热的根本原因是炉内水质品质不良，焊缝根部凸出，导致垢层在焊缝附近向火侧内壁显著沉积，进而导致管子导热系统降低，从而引起水冷壁管局部长期过热。

5 处理与防范措施

2017年2号机组将进行A级检修，利用机组检修时机对2号炉A，B，C，D角燃烧器周围热负荷高区域的水冷壁焊缝附近管段进行宏观、壁厚及内壁垢层的检查工作，其中，内壁垢层采取割管内窥镜检查。检查的范围为燃烧器标高位置至燃烧器上方3 m内范围的水冷壁焊缝（即水冷壁标高12～18 m区域），对此范围内的管段每隔10根管采取割管内窥检查。如果内窥检查发现焊缝附近存在明显的结垢，则对其进行更换。同时，以此为基准点，向两侧水冷壁进行扩大性内窥检查，对有明显结垢的焊缝管段进行更换，直至焊缝没有明显的结垢为止，更换长度为焊缝上下方各0.5 m。

加强炉内水质的化学监督检验工作。检验时，需要注意以下几个要点：①对化学在线监测水质仪表设备进行校验校正；②增加铜离子在线监测仪表设备；③控制炉水加药的磷酸根药物的投入量，以免造成过多的磷元素积聚在热负荷高区域的水冷壁焊缝中；④利用机组检修和临停时机开展凝汽器管防泄漏检查项目，以避免凝汽器管子泄漏时将铜离子带入水冷壁中。

每年机组检修都对燃烧器周围热负荷高区域的水冷壁焊缝管段进行割管检查。如果水冷壁内壁的结垢量达到DL/T 794规定的需要化学清洗上限值（400 g/m2），则对锅炉水冷壁系统进行化学清洗。

6 结束语

综上所述，水冷壁技术监督是一项系统的工作，要确保水冷壁管的安全、稳定运行，需电厂化学专业、汽机专业、锅炉专业、金属专业配合，共同做好技术监督的各项细致工作，从而保障火电机组的安全、稳定运行。本文通过对2号炉爆管的取样分析，得出了爆管的原因，为火力发电厂水冷壁的技术监督提供了有利的参考价值。

参考文献

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〔编辑：刘晓芳〕