摘要：某火電廠210 MW燃煤鍋爐水冷壁出現(xiàn)爆漏，汽包水位無法維持，造成機(jī)組非計(jì)劃性停運(yùn)?，F(xiàn)針對(duì)水冷壁管爆漏從爆漏口宏觀外貌檢查、檢修臺(tái)賬、金相等三大方面開展原因分析，綜合認(rèn)為失效的主要原因是大電流及長時(shí)間的補(bǔ)焊作業(yè)造成補(bǔ)焊處水冷壁管母材局部嚴(yán)重過熱，導(dǎo)致管子內(nèi)部嚴(yán)重脫碳及產(chǎn)生沿晶微裂紋，并造成管子垢下氫腐蝕，在交變熱應(yīng)力與氫損傷的作用下，裂紋擴(kuò)展連通，最終在內(nèi)部汽水壓力作用下出現(xiàn)爆漏失效。然后針對(duì)失效原因提出了加強(qiáng)補(bǔ)焊管理、設(shè)備管理、運(yùn)行管理、金相監(jiān)督等一系列防范措施，以切實(shí)保障鍋爐安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：水冷壁;補(bǔ)焊;氫腐蝕;沿晶裂紋;脫碳;局部過熱

0? ? 引言

火力發(fā)電廠鍋爐四管（水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器）包含了鍋爐的全部受熱面，內(nèi)部承受著工質(zhì)的壓力和一些化學(xué)成分的作用，外部承受著高溫?zé)煔獾臒醾鬟f、侵蝕和磨損作用，在水與火之間進(jìn)行調(diào)和，是矛盾集中的所在，比較容易發(fā)生失效和泄漏事故[1-3]。據(jù)資料顯示，鍋爐設(shè)備事故造成的非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)占機(jī)組全部非計(jì)劃性停運(yùn)次數(shù)的40%以上[4-6]，而鍋爐四管失效造成的突發(fā)事故占鍋爐事故的70%以上[7]，四管故障中40%發(fā)生在水冷壁管[8]，因此，我們需對(duì)鍋爐水冷壁管失效給予特別的重視。根據(jù)有關(guān)資料，可將水冷壁管失效原因歸結(jié)為長期過熱、短期過熱、高溫腐蝕、酸堿腐蝕、氧腐蝕、氫腐蝕、氯腐蝕等[8]。

1? ? 事件經(jīng)過

某火電廠#7鍋爐為東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的DG680/13.7-20型超高壓、中間再熱、全懸吊、平衡通風(fēng)、自然循環(huán)、固態(tài)排渣爐，單爐體、開式、負(fù)壓爐膛、π型布置鍋爐，其與210 MW汽輪發(fā)電機(jī)組配套成單元制機(jī)組。

2019年2月18日一值（01：00—08：30），#7機(jī)組運(yùn)行，負(fù)荷162 MW，高再供熱80 t/h，高排供熱17 t/h。02：36，鍋爐光字牌報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出“爐管泄漏”報(bào)警，同時(shí)爐膛壓力由-50 Pa升至150 Pa，給水流量由569 t/h突升至700 t/h，主汽流量由556 t/h下降至453 t/h，負(fù)荷由162 MW降至144 MW，鍋爐右側(cè)煙溫下降近200 ℃。運(yùn)行人員立即調(diào)整鍋爐運(yùn)行參數(shù)，控制汽包水位和機(jī)組運(yùn)行參數(shù)。02：39，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)#7爐爐膛27 m短吹灰槍IR24附近爐膛內(nèi)有明顯漏汽聲。02：41，#7機(jī)組退出高排、高再供熱運(yùn)行。02：54，#7機(jī)組減負(fù)荷至120 MW。運(yùn)行人員加大給水量，鍋爐汽包水位仍無法維持，03：21，#7機(jī)組減負(fù)荷至0后打閘停運(yùn)。

停機(jī)后檢修人員進(jìn)入鍋爐內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，鍋爐水冷壁管泄漏點(diǎn)是鍋爐右墻短吹灰槍IR24左側(cè)第5根水冷壁管（爐內(nèi)面向爐墻），爆漏口呈縱向開裂狀（圖1），檢修人員更換了短吹灰槍IR24左側(cè)第5、第6根水冷壁管，材質(zhì)為20G，規(guī)格均為？準(zhǔn)60×6.5 mm，長度均為1 500 mm。

2? ? 原因分析

2.1? ? 宏觀檢查分析

鍋爐右墻短吹灰槍IR24左側(cè)第5根水冷壁管的爆漏口沿管子縱向開裂，長度約150 mm，裂紋寬度最大約6 mm，爆漏段管徑有明顯脹粗，裂口周邊沒有明顯吹損減薄跡象，爆漏口邊緣為鈍邊，呈厚唇型脆性開裂狀。水冷壁管向火面沿縱向存在補(bǔ)焊，沿爆漏口中間部位截?cái)嗪?，可見爆漏口?nèi)壁存在腐蝕情況，如圖2所示。在補(bǔ)焊未開裂位置截取一段沿中間剖開成向火面和背火面，可見補(bǔ)焊位置對(duì)應(yīng)內(nèi)壁出現(xiàn)與外壁補(bǔ)焊層輪廓形貌基本吻合的腐蝕形貌，如圖3所示。可見水冷壁管受到外壁補(bǔ)焊影響，內(nèi)壁的氧化膜遭到了破壞，投運(yùn)后內(nèi)壁在補(bǔ)焊對(duì)應(yīng)位置出現(xiàn)了不同程度的垢下氫腐蝕。

2.2? ? 檢修臺(tái)賬分析

查閱#7爐水冷壁管檢修臺(tái)賬得知，2017年12月對(duì)#7鍋爐進(jìn)行鍋爐內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)，檢修人員已對(duì)燃燒器周邊的壁厚≤5.59 mm水冷壁管進(jìn)行了更換。到2018年8月#7機(jī)組停機(jī)時(shí)，檢查發(fā)現(xiàn)8個(gè)月左右水冷壁管壁厚從5.59～6.5 mm減到最低≤4.6 mm，減薄了1～2 mm，管道減薄速度偏快。2018年8月23日，#7爐前墻水冷壁管因長期連續(xù)吹灰減薄泄漏，停爐后檢修人員共更換18根水冷壁管，鍋爐、金相相關(guān)專業(yè)人員現(xiàn)場研討，認(rèn)為如果對(duì)103根減薄在壁厚30%以內(nèi)（4.6 mm<壁厚≤5.3 mm）的水冷壁管不做處理，該部分水冷壁管在下一個(gè)檢修周期發(fā)生泄漏的風(fēng)險(xiǎn)較高。本著對(duì)公司設(shè)備負(fù)責(zé)的態(tài)度，在有限的時(shí)間內(nèi)，決定對(duì)減薄的管道進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)處理。為防止水冷壁減薄處再次泄漏，對(duì)共計(jì)103根4.6 mm<壁厚≤5.3 mm的水冷壁管進(jìn)行了補(bǔ)焊處理，補(bǔ)焊長度范圍200～1 000 mm，平均長度約為500 mm。

2.3? ? 金相分析

對(duì)吹灰槍IR24左側(cè)第5根水冷壁管爆漏口位置橫截面、斷口附近縱截面、補(bǔ)焊未開裂處和未補(bǔ)焊位置分別取樣進(jìn)行金相分析，結(jié)果為：爆漏口處焊縫為先共析鐵素體+珠光體，斷口主要為沿晶開裂，沿?cái)嗫谟写罅垦鼐Х种Я鸭y;爆漏口內(nèi)壁母材位置斷口主要為沿晶開裂，斷口附近母材存在大量沿晶微裂紋，母材組織出現(xiàn)嚴(yán)重脫碳。爆漏口附近內(nèi)壁母材和焊縫底部母材組織均嚴(yán)重脫碳，存在大量的沿晶微裂紋，如圖4所示。

對(duì)爆漏口周邊完好的管材進(jìn)行金相分析顯示，未補(bǔ)焊位置向火面和背火面母材組織均為鐵素體+珠光體，珠光體球化級(jí)別為2級(jí)，未補(bǔ)焊位置管道未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重過熱球化現(xiàn)象。拉伸試驗(yàn)可見，未補(bǔ)焊位置水冷壁管的力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，材料力學(xué)性能未出現(xiàn)明顯劣化。

綜合上述分析，此次水冷壁管泄漏失效主要原因?yàn)椋涸?018年8月對(duì)#7爐減薄的水冷壁管補(bǔ)焊修復(fù)作業(yè)過程中，由于采用電焊作業(yè)，焊接電壓、電流較大，且是連續(xù)作業(yè)，補(bǔ)焊焊縫長度過長，補(bǔ)焊位置局部嚴(yán)重過熱，造成補(bǔ)焊處的水冷壁管母材產(chǎn)生嚴(yán)重脫碳及沿晶微裂紋，同時(shí)破壞了管子內(nèi)壁的氧化膜保護(hù)層，補(bǔ)焊修復(fù)投運(yùn)后，補(bǔ)焊處管子內(nèi)壁出現(xiàn)垢下氫腐蝕，氫擴(kuò)散到金屬中，與金屬組織中的珠光體內(nèi)部碳化物反應(yīng)產(chǎn)生CH4，引起管子進(jìn)一步脫碳，同時(shí)CH4容易在金屬集體中晶界的空穴、夾雜物等附近聚集，產(chǎn)生較高的局部應(yīng)力，令金屬產(chǎn)生裂紋、龜裂等，使得管子的強(qiáng)度和韌性顯著下降，造成脆性破壞。并且#7機(jī)組頻繁參與調(diào)峰，在管子交變熱應(yīng)力與氫損傷的綜合作用下，管子內(nèi)壁及補(bǔ)焊的微裂紋越來越多，逐漸延伸擴(kuò)展連通，管子強(qiáng)度急劇下降，最終IR24左側(cè)第5根水冷壁管補(bǔ)焊處在內(nèi)部超高壓汽水壓力（正常運(yùn)行時(shí)，工作壓力約為13 MPa，工作溫度約300 ℃）作用下出現(xiàn)了爆裂失效，汽包水位無法維持，造成了機(jī)組非計(jì)劃性停運(yùn)。

3? ? 防范對(duì)策

為切實(shí)抓好火力發(fā)電廠鍋爐四管受熱面的防磨防爆管理，尤其是管子的補(bǔ)焊作業(yè)質(zhì)量管理，認(rèn)真吸取此次水冷壁管爆漏的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在管子爆漏原因分析的基礎(chǔ)上特提出以下防范對(duì)策與措施：

（1）協(xié)調(diào)組織了#7機(jī)組停機(jī)檢修，對(duì)#7爐2018年8月份補(bǔ)焊的水冷壁管進(jìn)行了全面的檢查更換，并利用停機(jī)時(shí)機(jī)對(duì)全廠各臺(tái)鍋爐補(bǔ)焊處理的管段進(jìn)行檢查、分析，必要時(shí)更換。

（2）按《火力發(fā)電廠鍋爐受熱面管監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)導(dǎo)則》，鍋爐水冷壁管段減薄超過設(shè)計(jì)壁厚的30%時(shí)，及時(shí)更換管道。管道減薄但未超過設(shè)計(jì)壁厚的30%時(shí)，確保剩余壁厚應(yīng)滿足運(yùn)行至下一個(gè)檢修期強(qiáng)度計(jì)算所確定的最小需要壁厚，否則應(yīng)及時(shí)更換。

（3）受壓元件缺陷補(bǔ)焊適宜原則：對(duì)于管子因應(yīng)力腐蝕、蠕變和疲勞等產(chǎn)生的大面積損傷不宜采用補(bǔ)焊方法處理。在減薄面積不大或換管條件不允許情況下可進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)，但應(yīng)嚴(yán)格按照焊接相關(guān)規(guī)程做好補(bǔ)焊工藝評(píng)定，焊接工藝評(píng)定合格后編制焊接作業(yè)指導(dǎo)書，焊工應(yīng)進(jìn)行模擬練習(xí)，對(duì)于局部缺陷或焊縫局部缺陷宜采用機(jī)械方法消除，并在補(bǔ)焊前進(jìn)行無損檢測(cè)，確認(rèn)缺陷已徹底消除后方可開展補(bǔ)焊作業(yè)。對(duì)于鍋爐四管受熱面的補(bǔ)焊，要求以氬弧焊補(bǔ)焊為主，并在補(bǔ)焊作業(yè)中著重控制焊接電壓、電流及焊接速度，控制焊接線能量及熱影響區(qū)，防止對(duì)母材產(chǎn)生過熱傷害。在受壓元件及其焊縫缺陷補(bǔ)焊后，應(yīng)進(jìn)行100%的無損檢測(cè)，必要時(shí)進(jìn)行金相檢驗(yàn)、硬度檢驗(yàn)和殘余應(yīng)力測(cè)定。補(bǔ)焊前后的檢驗(yàn)報(bào)告、焊接工藝資料等應(yīng)存檔記錄在案。

（4）對(duì)于鍋爐承壓重要部件的更換、焊接，要做好金相檢驗(yàn)、焊接質(zhì)量及無損檢測(cè)的跟蹤檢查和規(guī)劃，做到材料正確、工藝規(guī)范、焊接質(zhì)量合格，掌握金屬組織、性能變化和缺陷發(fā)展情況，提前判斷，及時(shí)處理，把隱患消滅在萌芽狀態(tài)。

（5）切實(shí)抓好鍋爐四管受熱面防磨防爆管理。在發(fā)電機(jī)組停機(jī)檢修期間，要按照標(biāo)準(zhǔn)要求認(rèn)真落實(shí)防磨防爆檢查，要嚴(yán)把四管受熱面檢修質(zhì)量關(guān)，確保檢修工藝和檢修質(zhì)量達(dá)標(biāo);要注意深入分析設(shè)備缺陷和故障的特點(diǎn)，找出缺陷和故障的根本原因，提出解決問題的防范措施，并認(rèn)真吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不斷提高設(shè)備維護(hù)和檢修的質(zhì)量。

（6）加強(qiáng)日常鍋爐運(yùn)行調(diào)整，確保鍋爐燃燒穩(wěn)定和汽水參數(shù)正常，避免鍋爐各管超溫超壓，并嚴(yán)格按規(guī)程吹灰，注意在吹灰前要疏水到位，保障吹灰蒸汽具備一定過熱度，避免吹灰蒸汽帶水，減少鍋爐受熱面管蒸汽吹蝕減薄;切實(shí)用好爐管泄漏檢測(cè)裝置、管壁溫度測(cè)量等輔助設(shè)備，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及早處理;按規(guī)程做好鍋爐排污，確保鍋爐水質(zhì)合格。

（7）加強(qiáng)鍋爐汽水品質(zhì)的監(jiān)測(cè)與調(diào)整，確保汽水品質(zhì)合格達(dá)標(biāo)，并注意定期割取受熱面管子檢查其內(nèi)壁的腐蝕、結(jié)垢、積鹽情況，對(duì)超標(biāo)的按行業(yè)規(guī)定開展化學(xué)清洗，避免受熱面管產(chǎn)生垢下氫腐蝕，防止發(fā)展為氫脆。

（8）加強(qiáng)鍋爐四管受熱面金屬監(jiān)督的技術(shù)監(jiān)督和指導(dǎo)，尤其要抓好受熱面管子的焊接工藝和質(zhì)量把控，確保鍋爐運(yùn)行安全穩(wěn)定。

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收稿日期：2020-05-13

作者簡介：黃俊杰（1986—），男，廣東廉江人，熱能動(dòng)力工程師，從事火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)備管理工作。