火电厂水冷壁爆管常见原因分析及应对措施

李国维 李文彬 刘长福

(国网河北省电力公司电力科学研究院，河北石家庄 050021）

火电厂水冷壁爆管常见原因分析及应对措施

李国维 李文彬 刘长福

(国网河北省电力公司电力科学研究院，河北石家庄 050021）

根据一些典型爆管案例，结合现场实际工作，总结出火电厂水冷壁爆管常见原因，并提出应对措施，为火电厂治理水冷壁爆管问题提供参考。

火电厂；水冷壁；爆管；原因；措施

0 引言

近年来，随着火电厂机组容量的提高，机组运行的稳定性和安全性也受到了严峻的考验，水冷壁、省煤器、过热器、再热器(以下简称“四管”）的爆管现象经常发生，这已成为发电机组非正常停机的主要原因。爆管现象一旦发生，将会给电厂造成巨大的经济损失，严重时可能造成人身伤亡事故。因此，避免“四管”爆破事故，已成为火电厂金属监督工作中一项很重要的内容。

在“四管”泄漏、爆破事故中，水冷壁爆管事故占有较大比例。据不完全统计，2013年某省南部电网火力发电机组中，水冷壁爆管造成的泄漏事故占“四管”泄漏60%以上。并且，水冷壁作为锅炉中重要的承压部件及主要受热面，一旦爆破，将造成重大损失。水冷壁爆管可能会导致锅炉严重缺水，同时有可能使炉膛熄灭，如果缺水不能得到及时补给，甚至会造成锅炉爆炸事故。因此，防止水冷壁爆管，对于保障机组安全运行具有重大意义。笔者有多年火电厂金属部件检验、分析经验，现结合典型案例，总结出火电厂水冷壁爆管的主要原因，并针对具体情况给出相应的应对措施，以供参考。

1 水冷壁爆管主要原因分析

从理论上说，水冷壁爆管原因很多，并且大部分爆管事故并非由单一因素引起。笔者根据自身工作经验，结合典型案例，总结出火电厂水冷壁爆管的主要原因。

1.1 材料缺陷

材料控制是水冷壁质量的基础。如果发生材料错用或者原料质量不合格等情况，必然会造成严重后果。近年来，各电厂在材料管理方面都趋于正规，材质确认手段比较先进，因此，在实践中材质错用现象基本不会出现。但在某些情况下，由于种种原因，不合格的材料会被使用。

1.2 焊接缺陷

近年来，电厂对水冷壁管的防磨防爆工作越来越重视，在每台机组检修中，几乎都会对水冷壁管进行更换。因此，更换水冷壁管的焊口质量直接影响到机组能否安全运行。如果焊口中存在裂纹、未焊透、未熔合、夹渣等危害性超标缺陷，则很有可能在运行中发生爆管事故。笔者曾对某300 MW新建机组水冷壁新焊口缺陷做出统计，各种缺陷在返修片子中所占比例为:未熔合4%，未焊透25%，气孔56%，密集气孔15%。其中，焊接缺陷主要为未焊透和气孔，共占81%。此数据虽然为一台锅炉统计所得，但也从一定程度上反映出水冷壁焊接的主要缺陷。

焊接缺陷不仅存在于更换水冷壁管的焊口中，同时也存在于水冷壁鳍片与管子的焊接处。由于对鳍片与管子焊接质量的重视程度不够，管子与鳍片之间的焊缝也成为水冷壁的薄弱环节。在检修中，鳍片焊接通常在检修即将结束时进行，留给此道工序的时间有限，加上对鳍片焊接不够重视，认为其不承受压力，因此鳍片焊接时无证操作现象较多。同时为了赶工期，焊接时都采用较大电流，较大电流虽然会提高焊接速度，但也会造成较大的焊接残余应力，严重时会拉裂水冷壁管，或者在焊接中烧穿管子。

1.3 管壁减薄

水冷壁管壁厚度减薄至最小许用厚度以下，则会发生爆管事故。火电厂水冷壁管减薄的主要原因为磨损和腐蚀。

1.3.1 磨损

水冷壁管磨损的主要原因是炉膛内燃料高速流动，典型存在于循环流化床锅炉中。循环流化床锅炉的燃料颗粒大、运动速度快，极易对管子造成磨损。

水冷壁管发生磨损的另一个原因是结构设计不当。如果锅炉某一部件设计不当，则此部位会出现经常性的磨损。典型的例子就是某些锅炉长杆吹灰器设计不当，吹灰器在工作时，会对其附近水冷壁管子造成吹损减薄。

1.3.2 高温硫腐蚀

腐蚀减薄是水冷壁管失效的另一主要原因。水冷壁管腐蚀的原因很多，对火电厂来说，最容易发生且危害较大的是高温硫腐蚀。高温硫腐蚀是指金属在高温下与含硫介质发生化学反应，生成硫化物。水冷壁管向火侧的高温硫腐蚀，是在锅炉燃用煤种含硫量偏高、炉内局部缺氧而存在一氧化碳的还原气氛，并有未完全燃烧的煤粉冲刷水冷壁表面的条件下形成的[1]。2012年1月，某电厂12号锅炉发生水冷壁爆管事故，半个月后，13号锅炉也发生同样事故。经过分析发现，此2起爆管事故，是由于水冷壁管发生硫腐蚀。上述事故中，经过化验，其燃烧的煤较为劣质，硫含量过高，造成水冷壁管严重腐蚀，最终导致爆管泄漏。

1.4 过热

水冷壁管在炉膛内直接受火焰高温辐射，当运行工况出现异常，如管子被堵塞或水循环不良时，会导致水冷壁管超温运行。水冷壁管过热分为长期过热和短时过热。

长期过热是指水冷壁管子长期在超过允许运行温度下工作。管子长期过热会使材料缺口的敏感性增加和高温持久强度下降，从而产生爆管。长期过热爆管的主要特征是:管径增加较小；破口不大，断面粗糙不平整，破口边缘为钝边，不锋利，破口附近有平行于破口的轴向裂纹；外表面有氧化皮。

短时过热是指管子在运行过程中，冷却条件恶化，温度急剧升高，钢材的短时抗拉强度急剧下降，向火侧首先产生塑性变形，管壁减薄，发生爆破。短时过热爆管的主要特征是:管子变形较大，破口锐利；管子外壁基本无氧化皮；破口处金相组织为马氏体或马氏体加铁素体，破口处硬度提高。

无论是长期过热或者短时过热，都是因为水冷壁工况不良，水循环不能良好地进行，导致温度升高。

2 应对措施及建议

2.1 严格控制材料质量

材料是一切工序的基础，必须对其进行严格控制。在材料选购上，应选择正规大厂产品，必要时驻厂进行现场验收，确保材料的化学成分、物理化学性能符合相关标准要求。在材料入场后，应对其进行入场验收。委托具有相应检验资质的机构对材料的化学成分、力学性能等进行检验，检验合格，方能使用。应采取必要措施，严格禁止材料错用。

2.2 严格控制焊接质量

为了避免水冷壁管焊接中出现超标缺陷，必须对焊接过程进行控制。要从源头抓起，切实做好过程控制。从材料、人员资质、焊接工艺、检验等各方面抓起，对每一个过程都要进行严格的控制，避免错用材质，确保焊接人员持证上岗，确保焊接工艺的正确性。在焊接工序完成后，应委托有资质的单位对新焊口进行无损检测。

同时，应加强对鳍片焊接质量的重视。在鳍片焊接中也应当制定相应的焊接工艺，禁止无证上岗，对此工序留出足够的操作时间，避免因赶工期造成焊接质量过低。

2.3 预防磨损与腐蚀

避免水冷壁管磨损的有效措施是对其表面进行防磨喷涂，对严重磨损处，可采取喷涂防护与防磨挡板相结合的措施。如果条件允许，应对炉膛结构及燃烧方式进行分析，结合机组检修，对其进行改造，以从根本上解决磨损问题。同时应对燃煤质量进行监控，严格控制入炉煤粉质量和粒度。

水冷壁管高温硫腐蚀的主要因素硫来源于燃煤，因此应严格控制锅炉燃煤质量。要重视火电厂入场煤质的质量控制，严格控制其硫含量，使其在标准范围之内，避免使用劣质煤。在300～500℃范围内，管壁外表面温度每升高50℃，将使烟气侧腐蚀速度增加一倍。因此，应保持炉内燃烧工况良好，避免出现受热面局部温度过高现象。

2.4 防止水冷壁管超温运行

加强锅炉运行管理，严格对水冷壁运行状况进行监控，防止出现超温超压超负荷运行现象。加强锅炉化学监督，确保汽水品质，防止因水质不良而导致水冷壁内结垢，从而引起局部过热。在检修时，做好水冷壁管的防磨防爆工作，对于有异常的管子，可结合割管，进行理化检验。在检修结束后，应检查清理水冷壁中的杂物，防止因杂物堵塞造成过热；必要时对锅炉进行清洗。

3 结语

火电厂水冷壁爆管原因很多，本文仅结合笔者实际工作经验，从典型案例出发，总结了几种常见原因，并提出应对措施。在实践中，由于机组容量不同，机组参数不同，且水冷壁爆管也并非是由单一因素引起的，因此，在检修时，应做好防磨防爆工作，同时，如更换水冷壁管，应严格控制焊接过程的每一个因素。在发生水冷壁爆管事故后，应认真分析原因，总结经验，吸取教训，改进不足，避免同类事故再次发生，这样才能保障发电机组安全、稳定运行。

[1]焦庆丰，姚斌，程刚，等.大型电站锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析与控制[J].湖南电力，2004，24(2）

2014-10-10

李国维(1986—），男，河南邓州人，工程师，主要从事火电站金属部件检验工作。