600 MW超临界机组锅炉水冷壁爆管原因分析

2016-12-20陈永生

设备管理与维修 2016年11期

关键词：爆口珠光体水冷壁

陈永生

（福建华电电力工程有限公司，福州350003）

600 MW超临界机组锅炉水冷壁爆管原因分析

陈永生

（福建华电电力工程有限公司，福州350003）

电厂600 MW机组锅炉水冷壁在机组启动过程中发生爆管事故的处理过程。通过对爆口管样进行宏观、化学成分、金相、回路结构等分析，认为是易溶纸堵塞，造成水冷壁管内工质减少继而引发短时过热爆管，同时机组制定了相关措施，避免此类事故再次发生。

超临界机组；水冷壁；螺旋管圈；爆管；过热；易溶纸

1 设备概况

某电厂二期工程2×600 MW机组锅炉为超临界参数变压运行直流炉，炉膛由膜式水冷壁组成，宽度18 816 mm，深度17 696 mm，从冷灰斗进口（标高8300 mm）至标高49 670 mm处采用螺旋管圈，在此上方为垂直管圈，高度约为23 m，过渡采用中间混合集箱。至2014年10月16日水冷壁爆管，锅炉累计运行约40 494 h。

2 爆管情况

2014年9月30日，3#机组因节假日系统负荷低调停消缺，10月16日机组启动，下午14:23并网，18:00锅炉1#角EF层燃烧器水冷壁区域发出4管泄漏报警，经现场确认为水冷壁爆管，停炉检查在锅炉左墙距1#角EF层燃烧器顶部水冷套弯头约1 m看火孔直通管处发现爆口（图1），管子材料为15CrMoG、规格为超临界机Φ38.1×6.36 mm。爆口周围水冷壁管无明显减薄，爆口下方回路向火侧出现变色（图2）。

3 爆管取样

在爆口、爆口上方和下方分别割取试样，编号为1#样、2#样、3#样。爆口宏观形貌如图3所示，呈短时过热爆口特征，尺寸约100×15 mm。爆口②侧呈脆性断口特征，边缘为钝边、壁厚轻微减薄；爆口①侧存在较为明显减薄，减薄处周围存在众多轴向微裂纹。爆口壁厚测量情况如表1所示，爆口内壁存在氧化皮龟裂及脱落现象，爆口缺损处为管子泄漏时崩飞，残余物未能找到。对1#样进行化学成分检测，检测结果符合GB 5310-2008标准中15CrMoG材料化学成分的要求（表2）。

截取1#样爆口处和爆口背面的横截面及纵截面、2#样向火侧和背火侧横截面、3#样向火侧横截面，经镶嵌、磨抛及化学侵蚀后进行金相检验，评定结果：①1#样爆口金相组织为铁素体+珠光体，晶粒呈拉伸纤维状，为管件发生泄露时产生较大塑形变形引起（图4）；②其他截取样品金相检验结果均未发现异常组织，金相组织为铁素体+珠光体，珠光体区域完整，层片状碳化物开始分散，趋于球状化，晶界有少量碳化物，球化级别为2级，试样横截面金相组织如图5～图7所示。

对1#样爆口处和爆口背面的横截面及纵截面、2#样向火侧和背火侧横截面、3#样向火侧横截面进行显微硬度检测，检测结果如表3所示。对2#样向火侧及背火侧、3#样的向火侧加工成拉伸试样并进行常温拉伸试验，试验结果符合GB 5310-2008标准中15CrMoG材料的要求（表4）。

图1 爆管部位现场照片

图2 爆口下方回路向火侧变色照片

4 爆管分析

爆口及爆口附近金相组织为铁素体+珠光体，珠光体球化评级为2级，说明管子短时超温温度未超过相变点温度。爆管时间距离锅炉点火时间短，炉膛内观察火焰刷墙现象不明显，检查爆口管相邻管均未发现超温现象，说明只是单管存在超温现象，燃烧的中心偏差及锅炉的运行操作不是管子过热爆管的主要原因。根据管子的化学成分、金相组织、硬度值、拉伸试验结果等分析，材质也不是导到爆管的主要原因，检查爆口管及相邻管内壁结垢情况，垢量不大，因此结垢因素也排除。

图3 爆口宏观形貌

表1 #1样爆口壁厚测量结果mm

表2 #1样化学成分检测结果%

图4 #1样爆口横截面图5#1样爆口背面横截面金相组织（500×）金相组织（500×）

锅炉水冷壁管在运行过程中吸收炉膛高温辐射热，管子的冷却靠的是内部蒸汽，如果管子内部无蒸汽流动，或流动蒸汽量不足以使管子冷却，则管子必然会发生超温。综合爆口下方回路向火侧出现变色情况，推测水冷壁管短时过热爆管原因为管内工质减少引起。对爆口上、下方回路进行通气试验，均通畅，沿下方回路检查未发现其它泄漏点，回路弯头射线抽检未发现异物。经现场核对，爆口管回路由水冷壁前墙下集箱右2管引出，因引出管与冷灰斗上水封密封焊缝处运行中膨胀受堵拉裂，此次节日调停检修中对相应管段进行更换，同时由于在机组停运过程中汽机侧高、低旁管路出现故障情况抽真空执行出现偏差，受热面管内积水较严重，进行新管焊接时因受热面管内水汽蒸发存在较大负压，经调整无效，焊接出现返工，为保证进度及焊口质量，易溶纸使用量加大，而右2引出管底部水平段结构相对复杂，更换部位出口到螺旋上升管圈入口距离1000 mm左右，布置有3个直角弯头，阻力大，在机组启动初期，工质流速低、流量小，量大的可溶纸容易堵塞弯头。