600 MW超臨界機(jī)組鍋爐水冷壁爆管原因分析

陳永生

（福建華電電力工程有限公司，福州350003）

600 MW超臨界機(jī)組鍋爐水冷壁爆管原因分析

陳永生

（福建華電電力工程有限公司，福州350003）

電廠600 MW機(jī)組鍋爐水冷壁在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)生爆管事故的處理過(guò)程。通過(guò)對(duì)爆口管樣進(jìn)行宏觀、化學(xué)成分、金相、回路結(jié)構(gòu)等分析，認(rèn)為是易溶紙堵塞，造成水冷壁管內(nèi)工質(zhì)減少繼而引發(fā)短時(shí)過(guò)熱爆管，同時(shí)機(jī)組制定了相關(guān)措施，避免此類事故再次發(fā)生。

超臨界機(jī)組；水冷壁；螺旋管圈；爆管；過(guò)熱；易溶紙

1 設(shè)備概況

某電廠二期工程2×600 MW機(jī)組鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)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(jìn)口（標(biāo)高8300 mm）至標(biāo)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(guò)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(jì)運(yùn)行約40 494 h。

2 爆管情況

2014年9月30日，3#機(jī)組因節(jié)假日系統(tǒng)負(fù)荷低調(diào)停消缺，10月16日機(jī)組啟動(dòng)，下午14:23并網(wǎng)，18:00鍋爐1#角EF層燃燒器水冷壁區(qū)域發(fā)出4管泄漏報(bào)警，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)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(fā)現(xiàn)爆口（圖1），管子材料為15CrMoG、規(guī)格為超臨界機(jī)Φ38.1×6.36 mm。爆口周圍水冷壁管無(wú)明顯減薄，爆口下方回路向火側(cè)出現(xiàn)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(hào)為1#樣、2#樣、3#樣。爆口宏觀形貌如圖3所示，呈短時(shí)過(guò)熱爆口特征，尺寸約100×15 mm。爆口②側(cè)呈脆性斷口特征，邊緣為鈍邊、壁厚輕微減??；爆口①側(cè)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(cè)量情況如表1所示，爆口內(nèi)壁存在氧化皮龜裂及脫落現(xiàn)象，爆口缺損處為管子泄漏時(shí)崩飛，殘余物未能找到。對(duì)1#樣進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果符合GB 5310-2008標(biāo)準(zhǔn)中15CrMoG材料化學(xué)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(cè)和背火側(cè)橫截面、3#樣向火側(cè)橫截面，經(jīng)鑲嵌、磨拋及化學(xué)侵蝕后進(jìn)行金相檢驗(yàn)，評(píng)定結(jié)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(fā)生泄露時(shí)產(chǎn)生較大塑形變形引起（圖4）；②其他截取樣品金相檢驗(yàn)結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)異常組織，金相組織為鐵素體+珠光體，珠光體區(qū)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(jí)別為2級(jí)，試樣橫截面金相組織如圖5～圖7所示。

對(duì)1#樣爆口處和爆口背面的橫截面及縱截面、2#樣向火側(cè)和背火側(cè)橫截面、3#樣向火側(cè)橫截面進(jìn)行顯微硬度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表3所示。對(duì)2#樣向火側(cè)及背火側(cè)、3#樣的向火側(cè)加工成拉伸試樣并進(jìn)行常溫拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果符合GB 5310-2008標(biāo)準(zhǔn)中15CrMoG材料的要求（表4）。

圖1 爆管部位現(xiàn)場(chǎng)照片

圖2 爆口下方回路向火側(cè)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(píng)級(jí)為2級(jí)，說(shuō)明管子短時(shí)超溫溫度未超過(guò)相變點(diǎn)溫度。爆管時(shí)間距離鍋爐點(diǎn)火時(shí)間短，爐膛內(nèi)觀察火焰刷墻現(xiàn)象不明顯，檢查爆口管相鄰管均未發(fā)現(xiàn)超溫現(xiàn)象，說(shuō)明只是單管存在超溫現(xiàn)象，燃燒的中心偏差及鍋爐的運(yùn)行操作不是管子過(guò)熱爆管的主要原因。根據(jù)管子的化學(xué)成分、金相組織、硬度值、拉伸試驗(yàn)結(jié)果等分析，材質(zhì)也不是導(dǎo)到爆管的主要原因，檢查爆口管及相鄰管內(nèi)壁結(jié)垢情況，垢量不大，因此結(jié)垢因素也排除。

圖3 爆口宏觀形貌

表1 #1樣爆口壁厚測(cè)量結(jié)果mm

表2 #1樣化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)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(yùn)行過(guò)程中吸收爐膛高溫輻射熱，管子的冷卻靠的是內(nèi)部蒸汽，如果管子內(nèi)部無(wú)蒸汽流動(dòng)，或流動(dòng)蒸汽量不足以使管子冷卻，則管子必然會(huì)發(fā)生超溫。綜合爆口下方回路向火側(cè)出現(xiàn)變色情況，推測(cè)水冷壁管短時(shí)過(guò)熱爆管原因?yàn)楣軆?nèi)工質(zhì)減少引起。對(duì)爆口上、下方回路進(jìn)行通氣試驗(yàn)，均通暢，沿下方回路檢查未發(fā)現(xiàn)其它泄漏點(diǎn)，回路彎頭射線抽檢未發(fā)現(xiàn)異物。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)，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(yùn)行中膨脹受堵拉裂，此次節(jié)日調(diào)停檢修中對(duì)相應(yīng)管段進(jìn)行更換，同時(shí)由于在機(jī)組停運(yùn)過(guò)程中汽機(jī)側(cè)高、低旁管路出現(xiàn)故障情況抽真空?qǐng)?zhí)行出現(xiàn)偏差，受熱面管內(nèi)積水較嚴(yán)重，進(jìn)行新管焊接時(shí)因受熱面管內(nèi)水汽蒸發(fā)存在較大負(fù)壓，經(jīng)調(diào)整無(wú)效，焊接出現(xiàn)返工，為保證進(jìn)度及焊口質(zhì)量，易溶紙使用量加大，而右2引出管底部水平段結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)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(gè)直角彎頭，阻力大，在機(jī)組啟動(dòng)初期，工質(zhì)流速低、流量小，量大的可溶紙容易堵塞彎頭。

圖6 #2樣向火側(cè)橫截面金相組織（500×）

圖7 #3樣向火側(cè)橫截面金相組織（500×）

表3 試樣硬度檢驗(yàn)結(jié)果

表4 試樣常溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果

5 防范措施

（1）對(duì)機(jī)組啟停機(jī)操作卡進(jìn)行修訂，啟停過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行操作卡，對(duì)影響操作缺陷立即安排處理。

（2）加強(qiáng)爐管焊接全過(guò)程規(guī)范化管理，明確易溶紙等封堵工藝。

（3）利用機(jī)組停運(yùn)機(jī)會(huì)對(duì)鍋爐出現(xiàn)過(guò)拉裂及容易拉裂部位進(jìn)行舉一反三普查，采取有效措施降低相應(yīng)部位焊縫處應(yīng)變。

6 結(jié)論

綜上所述，此次爆管正是由于調(diào)停檢修爐管更換時(shí)易溶紙?zhí)钊灰?guī)范，機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中堵塞水冷壁下部彎頭，造成管子內(nèi)工質(zhì)減少，引發(fā)短時(shí)過(guò)熱爆管。

［1］于程煒.超臨界直流鍋爐水冷壁爆管的特點(diǎn)及防治.火力發(fā)電廠鍋爐“四管”泄漏預(yù)防與控制技術(shù)研討會(huì)論文集［C］，2006.

［2］丁吉榮.鍋爐屏式過(guò)熱器爆管原因分析.華電技術(shù)，2008，32（11）.

〔編輯 凌瑞〕

TM62

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.11.21