摘 要:针对国电电力邯郸热电厂#11锅炉出现的渣井处水冷壁管泄漏事件进行了分析、找出造成泄漏的的本质原因，研究处理对策，从锅检、金属、化学、热工、运行等多方面制定措施和落实整改，防止同类事故的反复发生。
关键词：四管、 水冷壁、爆管、应力、疲劳裂纹、电化学腐蚀
0 引言
防治锅炉四管泄漏工作是一个复杂的系统工程，需要在统一的要求下，根据具体情况，不断完善制度、标准、规程体系，依据制度和标准规程、规范，不断深人地开展工作。在重视人员培训和交流协作的同时，重视运行的规范操作和精确控制，做规范细致的防磨防爆检査工作，重视设备的更新改造，重视问题和事故的深入分析和落实整改，只有这样，才能保证设备的健康状况，将锅炉四管泄漏间题降低到最低水平。
1设备概况
国电电力邯郸热电厂#11机组锅炉为北京巴威公司生产的B&WB-670/13.7-M型自然循环煤粉炉，于1998年12月投产。锅炉为超高压参数、一次中间再热、单汽包、自然循环、半露天、单炉膛、Ⅱ型布置、平衡通风、固态排渣煤粉锅炉。炉膛为全悬吊结构，炉膛深10950mm，宽10425mm，高46860mm，共有水冷壁管566根，前后墙各138根，两侧墙各145根。水冷壁采用膜式全焊结构，由钢管和扁钢制成，钢管为Φ60×6mm、20G，扁钢为6×15mm、#20钢，管节距为75mm。
2爆管情况
1.1事件经过
2018年02月24日16时，#11机组电负荷140MW，主汽压力12.9MPa，主汽温度538℃，AGC投入运行。运行人员巡检发现锅炉北侧渣井处有异常响声，随即打开4.5m北侧人孔门观察有轻微漏汽声音，初步判断水冷壁发生泄漏。03月05日锅炉东北角下联箱部位有蒸汽冒出，大量水从干渣机底部流出，泄漏声音明显增大。03月06日为响应邯郸市政府环保要求，需停运#11机组；22时38分，#11机组切除AGC，停运。
#11锅炉停炉冷却后检查发现，爆管位于锅炉水冷壁底部后墙与左墙结合部位，共发现泄漏水冷壁管4根，分别为后墙北数第1根和第2根弯头部位及左墙东数第60、61根弯头上部直管段，对泄漏管临近区域管子超声测厚，又发现6根管吹损减薄。对爆管受损部位弯头、直管进行更换，于03月10日抢修工作结束，#11锅炉恢复备用。
图1 泄漏部位结构
1.2恢复情况
分别对#11炉后墙北数第1、2根以及左墙东数第60、61、62、63、64根水冷壁管弯头进行更换，左墙东数第58、59、65根吹损部位水冷壁直管段进行更换。焊接采用手工全氩弧焊接工艺，焊口采用100%X射线检验。
图2-1 后墙换管情况示意
图2-2 左墙换管情况示意
3分析与讨论
通常锅炉管泄漏多由以下因素引起：短时超温使材料性能不足以承受工作压力引起的泄漏；长时超温造成材料的高温持久蠕变性能下降引起的泄漏；机械磨损引起的管子壁厚减薄；腐蚀与氧化；原材料的质量；结构因素引起的材料缺陷等。因此，通常失效分析均是从上述几方面来考虑。
首先从各管段泄漏点的宏观形貌来分析，管子表面未发现有明显机械磨损等缺陷，所有泄漏点附近除汽流冲刷外管子壁厚基本正常，这就排除了由于机械磨损引起管子泄漏的可能性。其次泄漏管子的管径无涨粗，没有短时超温泄漏的破口特征，同时泄漏点位于水冷壁下联箱附近，该位置处的水冷壁管所承受的工作条件也不可能造成短时超温引起泄漏所需的温度，因此也排除了短时超温引起泄漏的可能性。再次从泄漏管内外表面的氧化皮的厚度以及管子的壁厚角度来看，基本排除了由于氧化造成的管壁减薄进而引起爆管的可能性。
但通过对所有泄漏点外观形貌的综合分析，有针对性的将左墙59根和60根水冷壁延管壁纵向剖开，发现左墙60根水冷壁管内壁存在一定深度的点蚀，造成这些点蚀的根本原因主要是汽水品质不合格以及停炉保护不当，引起的电化学腐蚀。
图3 泄漏管子内表面的宏观形貌
同时观察左墙60根水冷壁原始泄漏部位，发现泄漏点正好位于后墙弯头鳍片焊缝的熔合线端部，该部位鳍片受力大，应力较为集中。同时随着负荷的波动和锅炉的频繁启停，后墙弯管在冷热交变应力的作用下反复挤压、拉伸侧墙管壁，最终使得左墙水冷壁管在应力集中处生成疲劳裂纹。
图4 原始泄漏管宏观形貌
图5 原始泄漏管内表面缺陷形貌
综上所述，锅炉渣井处水冷壁泄漏是由于水冷壁鳍片焊接缺陷引起的残余应力和两侧墙膨胀不均产生的拉应力以及电化学腐蚀造成的管内壁点蚀共同作用造成的，后墙水冷壁鳍片与左墙水冷壁60根光管交界处应力最为集中，同时该区域管内壁点蚀缺陷较多，运行中首先在该部位产生疲劳裂纹源，随着机组的启停和负荷变化，裂纹不断扩展，最终引起失效，发生水冷壁爆管事故。
4暴露的问题
1.对锅炉水冷壁底部四角部位膨胀不均导致运行中局部应力集中造成母材开裂现象认识不足，未能及时采取预防措施。
2.对锅炉可能引起疲劳裂纹的隐蔽性缺陷排查不细，未能针对类似结构部位进行分析研究，采取有效的监测措施和控制手段。
3.金属监督工作不到位，不能严格按照《火电厂金属技术监督规程》对重点部位割管取样评估。
4对锅炉长时间停运，保护措施不当，未能严格按照《火力发电厂停（备）用热力设备防锈蚀导则》要求，进行有效防锈蚀保护，造成水冷壁表面形成溶氧的电池腐蚀。
5防范措施
1.提高对锅炉防磨防爆工作的认识，严格执行《火电厂金属技术监督规程》和《锅炉四管防磨防爆管理办法》，利用机组停运机会，对锅炉容易产生疲劳裂纹部位进行全面着色探伤，有必要时进行割管检查。
2.重视化学监督，严格执行有关化学监督规程，保证进入锅炉的水质及锅炉运行中汽、水品质合格，严格控制PH值含氧量，注意停炉保护。
3.深刻吸取此次水冷壁泄漏非停事件教训，举一反三，严格落实四管防磨防爆检查的责任分工，明确检查范围，根据设备的结构特点，制定行之有效的防范措施，全面提高锅炉“四管”的健康运行水平。
4.在不影响检修工期的前提下，尽可能减少锅炉快速冷却的投入，避免因锅炉降压、收缩过快造成水循坏系统焊口开裂。
5.锅炉启停时，严格执行升压及降压曲线，控制锅炉主要参数和各部受热面的管壁温度在允许范围内，严密监视，及时调整，防止锅炉参数大幅波动，减小锅炉承压部件的交变应力。
6.加强锅炉各膨胀点及锅炉本体的振动监视，防止由于膨胀受阻或长期承交变载荷造成焊口开裂。
7.坚决做好四管泄漏事故的分析工作，必须弄清造成爆管的本质原因，同时制定相应的措施和落实整改，防止同类事故反复发生。
6 结论
国电电力邯郸热电厂3台机组自投运以来，已发生多次四管爆漏，一直是困扰我厂安全生产的一大难题。为了有效的减少四管泄漏现象的发生，降低我厂机组的非计划停运次数，大力加强锅炉四管的检查、研究、分析，制定有效的整改方案，杜绝类似问题再次发生，一直是电厂一项重中之重的工作。
参考文献：
[1]张 磊，廉根宽，李建生.电站锅炉四管泄漏分析与治理．
[2] DL438-2009火力发电厂金属技术监督规程．
[3] DL956-2005火力发电厂停（备）用热力设备防锈蚀导则
论文作者:何彦鹏
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/6
标签：锅炉论文; 水冷论文; 部位论文; 应力论文; 机组论文; 裂纹论文; 形貌论文; 《电力设备》2019年第16期论文;