锅炉炉顶大包水冷壁泄漏分析

2019-01-11

江西电力 2018年12期

（江西省景德镇市特种设备监督检验中心，江西景德镇 333000）

0 引言

2017年12月27日1:50，某电厂3号锅炉炉顶大包底部标高61.6 m部位的前水冷壁发生外泄漏；12月31日23:54，按照调度要求停备；2018年1月2日，电厂对炉顶大包内部进行检查，发现泄漏位置为炉左数第4个前墙水冷壁上集箱炉左数第37根管预埋填板位置（该位置与大包前部底板相连，距水冷壁上联箱中心线1 826 mm），泄漏口沿管子纵向方向呈撕裂状爆口。水冷壁管规格为Φ28×6 mm，材质15CrMo，填板规格为100×40×6 mm的方型板，材质12Cr1MoV，对泄漏部位取样进行原因分析[1-3]。

1 理化分析

1.1 宏观检查

泄漏位置在炉顶前水冷壁炉左数第4个集箱，左数第37根管子与大包底板接触位置预埋填板附近，泄漏口在管子背火侧正中间位置，呈纵向状撕裂（长约100 mm），泄漏口附近无明显胀粗，无明显减薄（泄漏口附近厚度为5.86 mm），检查附近区域管子发现第44根管子与密封填板焊缝熔合线处存在裂纹，泄漏区域距水冷壁管上安装焊缝约1.2 m，如图1-4所示。

图1 泄漏区域宏观照片

图2 第37根管泄漏口

图3 第44根管与密封填板焊缝裂纹

图4 泄漏区域水冷壁宏观照片

水冷壁与大包底板连接结构：前墙水冷壁以1 760 mm宽为一组，每2根水冷壁管之间焊接一块规格为100×40×6 mm的预埋填板，将一块规格为1648×50×6 mm扁钢与各填板焊接，再将整个大包前部底板与扁钢中部焊接，上部连续满焊、下部断续点焊，如图5（a，b）所示。

对泄漏区域进行宏观检查发现，前墙水冷壁炉左数第4个集箱左数第33~50根管子存在明显变形，向外凸出，与水冷壁变形区域接触的大包底板与固定横梁焊缝发生拉裂，如图6、7所示；同时发现第4个集箱左数第3、4根管子之间鳍片从最上部往下撕裂约1 m长，如图8所示。

图5 水冷壁与大包底板连接宏观照片（a从上往下看、b从下往上看）

图6 泄漏区域变形宏观照片

图7 大包底板与固定横梁焊缝拉裂

图8 水冷壁鳍片焊缝拉裂

1.2 泄漏管宏观检查情况

对泄漏区域管子进行宏观检查，外表面未发现裂纹；对第33~45根管共13根管进行纵向剖开检查，发现预埋填板区域管子内表面存在肉眼可见裂纹，如图9、10所示；对管子填板处横向剖开检查，发现填板与水冷壁管子焊缝沿熔合线开裂，如图11所示；预埋填板范围以外的水冷壁上、下管内壁未发现裂纹。

图9 左数45根管子内壁宏观照片

图10 泄漏管内壁宏观照片

图11 左数44根管填板焊缝裂纹宏观照片

1.3 取样分析

对水冷壁泄漏管及其附近管进行取样分析，泄漏管母材化学成分分析符合GB 5310—2008《高压锅炉用无缝钢管》标准要求，如表1所示；泄漏管附近管子力学性能测试检验结果均符合GB 5310—2008《高压锅炉用无缝钢管》标准要求，具体数据如表2所示；对水冷壁泄漏管及其附近管预埋填板区域水冷壁管壁取样进行金相组织分析，管壁母材金相组织均为铁素体+珠光体，炉左数第4个水冷壁集箱对应管子内壁存在严重裂纹（裂纹深度约0.2 mm），远离泄漏区域的第5个水冷壁集箱左数第19根管子内壁存在表面裂纹（裂纹深度约0.1 mm），如图12-15所示。

表1 泄漏管母材化学成分分析结果%

表2 左数42根管子母材力学性能分析结果

图12 第42根管背火侧内壁金相组织

图13 第42根管向火侧内壁金相组织

图14 炉左数第5个联箱第19根管向火侧内壁金相组织

图15 炉左数第5个联箱第19根管背火侧内壁金相组织

2 分析讨论

取样分析结果显示水冷壁泄漏管母材化学成分、力学性能及金相组织均正常，材质合格。

宏观检查结果显示，水冷壁内壁裂纹只发生在距管口约1.2 m的预埋填板位置附近向火侧及背火侧管壁，背火侧比向火侧管内壁裂纹严重，表明预埋填板的结构影响水冷壁内壁产生裂纹。同时由于锅炉运行升温时，水冷壁与大包底板升温速度存在明显差异，二者膨胀不一致，加之预埋填板结构对水冷壁管自由膨胀造成约束，从而导致水冷壁管屏在运行时左右膨胀受阻，造成水冷壁向外凸出变形，停炉时水冷壁向内收缩，水冷壁预埋填板处管壁承受较大的交变载荷应力；长期运行后，在水冷壁预埋填板附近管内壁产生生裂纹并扩展穿透管壁而发生泄漏。