某电厂水冷壁管爆管分析

赵骞，方振邦，张健，邢明军，王勇



某电厂水冷壁管爆管分析

赵骞，方振邦，张健，邢明军，王勇

（国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，安徽 合肥 230601）

锅炉水冷壁管是锅炉受热面的重要组成部分，主要承担吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量、降低炉墙温度的作用。其运行条件恶劣，容易发生爆漏事故。针对某电厂爆管水冷壁管进行宏观检查、金相检验和硬度检验，分析水冷壁管爆管原因。结果表明，该电厂水冷壁爆管的主要原因在于管子向火面长期受烟气冲刷引起的管子磨损减薄。为了保障该电厂安全运行，应抽查水冷壁管壁厚，对壁厚减薄量在30％以上的水冷壁管进行更换。

水冷壁；爆管；烟气冲刷；磨损减薄

锅炉水冷壁管的主要作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量，通过热传导和对流换热将之传递给管中的水并在管内产生蒸汽，同时，起到降低炉墙温度、保护炉墙的作用[1]。锅炉水冷壁管不仅受到高温高压作用，还受到水汽和烟气的冲刷作用，容易产生腐蚀、磨损、疲劳等损伤。这些损伤进一步累积或发展会导致水冷壁管泄漏甚至爆管。我国火电机组由于炉管事故引起的非计划停运小时数占机组非计划停运总时长的37.8%，而美国仅为7%[2-4]。

某火电厂1号锅炉两处水冷壁发生爆管，爆口标高约为36 m，水冷壁管规格为Φ57×6.5 mm，材质为20G。为了研究分析该厂水冷壁管爆管的具体原因，对管子进行宏观检查、金相检验以及硬度检验。

1 宏观检查

爆口的宏观照片如图1所示，由外观检查可推断图1（a）中箭头所指处为初始爆口，爆口在水冷壁管的向火面，沿管材纵向撕裂，呈唇状，1号管样爆口长度大约为88 mm，最大开口宽约42 mm，2号管样爆口长度大约为101 mm，最大开口宽约23 mm；爆口边缘显著减薄，最薄处如刀刃状，外壁有明显的磨损痕迹。初步判断水冷壁管爆管的主要原因应是长期受烟气冲刷引起的管子磨损减薄最终导致的管子强度不足。

2 金相检验

在管样横截面上截取金相试样，试样经磨制抛光后，采用质量分数为4%的硝酸酒精腐蚀，在蔡司金相显微镜上观察试样的金相组织，具体取样点如表1所示。

表1 金相取样点

金相试样序号取样位置11号管样爆口边缘21号管样爆口处背火面31号管样远离爆口处向火面41号管样远离爆口处背火面52管样爆口边缘62号管样爆口处背火面72号管样远离爆口处向火面82号管样远离爆口处背火面

2.1 水冷壁管壁厚

发生爆管的1号管样水冷壁管的壁厚变化如图2所示。由图2可知，爆口边缘（图2（a）左侧）的壁厚仅为2.41 mm，远离爆口处向火面（图2（b）左侧）的壁厚仅为4.64 mm；爆口处背火面（图2（a）右侧）及远离爆口处背火面（图2（b）右侧）的壁厚分别为6.20 mm、5.83 mm。

发生爆管的2号管样水冷壁管的壁厚变化如图3所示。其中，爆口边缘（图3（a）左侧）壁厚仅为2.37 mm，远离爆口处向火面（图3（b）左侧）的壁厚为3.39 mm；爆口处背火面（图3（a）右侧）远离爆口处背火面（图3（b）右侧）的壁厚分别为6.12 mm、6.18 mm。

图2 1号管样水冷壁管壁厚变化

图3 2号管样水冷壁管壁厚变化

该厂水冷壁管子规格为Φ57×6.5 mm，而1号及2号管样远离爆口处的向火面壁厚仅为4.64 mm和3.39 mm，减薄量为1.86 mm、3.11 mm，说明该厂送样水冷壁管磨损减薄严重。

2.2 金相组织分析

2.2.1 1号管样

爆口边缘组织如图4所示，为铁素体+珠光体组织，20G正常组织，珠光体球化级别为2～3级。

图4 1号管样爆口边缘组织

爆口处背火面组织如图5所示，为铁素体+珠光体组织，20G正常组织，珠光体球化级别为2～3级。在管内壁发现少量腐蚀坑，如图5（c）所示。

图5 1号管样爆口处背火面组织

远离爆口处向火面组织如图6所示，为铁素体+珠光体组织，20G正常组织，珠光体球化级别为2～3级，在管内壁发现腐蚀坑存在，如图6（c）所示。

图6 1号管样远离爆口处向火面组织

远离爆口处背火面组织如图7所示，为铁素体+珠光体组织，20G正常组织，珠光体球化级别为2～3级，在管内壁发现少量腐蚀坑，如图7（c）所示。

2.2.2 2号管样

爆口边缘组织如图8所示，为铁素体+珠光体组织，20G正常组织，珠光体球化级别为2～3级。

图7 1号管样远离爆口处背火面组织

图8 2号管样爆口边缘组织

爆口处背火面组织如图9所示，为铁素体+珠光体组织，20G正常组织，珠光体球化级别为2～3级，在管内壁发现少量腐蚀坑，如图9（c）所示。

图9 2号管样爆口处背火面组织

远离爆口处向火面组织如图10所示，为铁素体+珠光体组织，20G正常组织，珠光体球化级别为2～3级，在管内壁发现少量腐蚀坑，如图10（c）所示。

图10 2号管样远离爆口处向火面组织

远离爆口处背火面组织如图11所示，为铁素体+珠光体组织，20G正常组织，珠光体球化级别为2～3级，在管内壁发现少量腐蚀坑，如图11（c）所示。

根据金相检验结果可知，爆管的两根水冷壁管金相组织基本无异常，管内壁均发现少量腐蚀坑存在。

3 硬度检验

使用HBE-3000A型布氏硬度计，在金相试样表面进行硬度测试，所得试验结果如表2所示，硬度合格。

图11 2号管样远离爆口处背火面组织

4 结论

根据金相检验结果，本次爆管金相组织无异常，管内壁发现少量腐蚀坑存在，硬度检测合格。从爆口处的磨损痕迹看，爆管前水冷壁管受到严重磨损，壁厚减薄。水冷壁管壁厚检查结果显示，向火面壁厚减薄非常严重，靠近爆口处减薄加剧，而背火面无明显减薄。该电厂水冷壁爆管的主要原因在于管子向火面长期受烟气冲刷引起管子磨损减薄。为了保障该电厂安全运行，应检查水冷壁管壁厚，对壁厚减薄量在30％以上的水冷壁管进行更换。

表2 试样硬度

样品编号硬度值/HB控制范围/HB 1135130～179 2134 3135 4137 5135 6134 7134 8135

［1］时金玉，于浩.20G锅炉水冷壁爆管的分析［C］//连铸装备的技术创新和精细化生产技术交流会会议，2015.

［2］杨春明.锅炉四管漏泄原因及预防措施的研究与应用［J］.科学技术创新，2012（27）：11-12.

［3］李建锋，周宏，吕俊复.火力发电机组2013年非计划停运统计及分析［J］.中国电力，2015，48（05）：1-4.

［4］李建锋，周宏，吕俊复.中国1 000 MW等级火力发电机组可靠性分析［J］.中国电力，2017，50（11）：1-7.

［5］中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T 884—2004火电厂金相检验与评定技术导则［S］.出版社不详，2004.

［6］华东电力试验研究院.DL/T 674—1999 火电厂用20号钢珠光体球化评级标准［S］.出版社不详，1999.

2095－6835（2019）02－0055－04

TM621

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.02.055

赵骞（1990—），男，安徽安庆人，硕士，助理工程师，主要从事电网、电厂金属材料研究，金属部件性能研究。

〔编辑：张思楠〕