1000MW机组锅炉水冷壁泄漏原因分析及处理

田强

摘要：本文简要介绍了1000MW机组锅炉基本情况，进行了泄漏问题分析，探索了泄漏问题防范措施：准确掌握焊接操作规范、热处理，以期提升水冷壁泄漏问题的处理效果，减少机组锅炉泄漏问题发生，提升锅炉运行能力。

关键词：焊接;泄漏问题;热处理

引言：水冷壁在机组锅炉中，作为受热部分，含有多组钢管，集中分布在锅炉炉膛周边。在水冷壁内部，含有动态水、蒸气，外界在接收锅炉炉膛传输的热量时，管壁将会接收热量，以此降低炉膛温度，对炉膛形成保护。锅炉中有至少40%的热量，由水冷壁吸收。

一、1000MW机组锅炉基本情况

1.机组情况

国内某电厂锅炉型号为M54X，此锅炉供应商成功引进了Boiler Gmbhd技术，获得了机组锅炉运行新形式。锅炉所用的水冷壁，布设为两段式，在锅炉68米位置，装设了过渡集装箱。水冷壁分布形式：螺旋管在锅炉下部、垂直段在锅炉上部。水冷壁长度大于41.5米时，型号以国产T23钢为主。

2.材料情况

T23钢种，在温度条件为560℃时，其允许应力达到T91，在温度条件为610℃时，其蠕变强度相比T22钢类型高出将近一倍。T23钢类型材料，其可焊能力优异，在焊接前后对其无须采取预热处理。T23钢类型与T22类型相比具有较强的高温保持能力，同时在可焊性方面获得了改善，由此在行业内获得了广泛认可。

如表1所示，T22、T23两类钢的机械性能对比情况。

二、泄漏问题分析

在基建工程建设前，施工单位并未全面掌握T23钢特性，结合厂家工艺配方，有序落实施工焊接操作。与此同时，塔式炉内部的结构分布，存在布局规划问题。塔式炉内部各分支零件间角焊缝，在水压性能测试、机组功能调试中，形成多次水冷壁泄漏现象[1]。结合泄漏表现，作出以下分析：

（1）泄漏点，分布具有集中性，以螺旋段水冷壁为例，泄漏位置集中在其标高55米左右处，以转角弯管角焊位置为主，在过渡梁、管子角等位置，也存在泄漏问题。

（2）在进行水冷壁调试时，机组在冷启动状态下，水压将会处于7`10MPa范围内，水冷壁泄漏。

针对泄漏问题进行成因分析时，裂纹现象包括三种。

（1）在应力较高状态时形成的冷裂纹。以熔合线为基准，粗晶区表现出晶界微弱情况，晶界位置形成了碳化物。

（2）管路布局繁杂，剩余应力值较高，同时在焊接不良情况下，形成了裂纹。

（3）冷热裂纹特点兼备的泄漏现象。在金相试验中，能够发现在裂纹扩展时，表现出较为明显的延晶现象，同时在主裂纹起始位置，可见微裂纹。

裂纹问题小结：现阶段所见的裂纹现象，大多数由应力作用形成，将泄漏问题焊接为形差状态，不良应力在集中分布时，增加了冷裂纹形成的可能性。然而，在结构应力较高、工艺布局合理性不足的条件下，极易形成再热裂纹现象。

三、泄漏问题防范措施

（一）准确掌握焊接操作规范

结合钢类型的焊接表现，在焊接钢材时，应掌握焊接操作规范为：

（1）当使用小口径弧焊器具进行焊接时，其焊态冲击形成的韧性值较大，相对于小口径薄壁管而言，对其进行焊接时，可采用全氩焊接进行处理。针对厚壁管的焊接操作，可使用氩弧焊器具进行前期操作，继而在填充、盖面操作时，使用焊条电弧焊。在前期操作打底时，可预焊2～3层，使用氩弧焊完成，以此保障焊接品质，对管内壁形成氩保护状态，减少氧化问题。

（2）焊接坡口设计倾斜度为60°，钝边参数取值为[0.5，1]毫米，间隙参数设计范围为[2，3]毫米。如若间隙不大，将会引起焊透不完全问题，间隙较大，极易发生填充金属占比较高的现象，引起焊接速度有所减小，发生背面过烧不利问题。

（3）对钨棒进行打磨，使其形成倾斜角为15°的锥形，钨棒较尖时，能够提升电弧作业的集中效果，电弧集中作业，能够提升熔池成型速度，最大化保障焊接效率，防止根本发生过烧现象。

（4）在焊接处理时，应以熔合最佳状态为主，减少冷裂纹焊接现象形成，尽量回避过高预热处理，回避层间温度、较高焊接能量的使用问题。采取多层多次的焊接方法，每层焊接厚度以2.5毫米为基准，允许偏差为±5毫米，保障上层焊道能够以回火形式，反作用于下层焊道。

焊接操作技巧小结：以小线能量焊接为主，提升连弧焊接速度，焊接时进行摆幅控制、焊层厚度小、多层焊接方法[2]。

（二）热处理

钢材在起初研发使用时，其操作目标是不做预热处理，结合ASME标准可知，在对长度不足12毫米的钢材焊接时，可不予进行热处理。然而，在生产过程中，钢材不做预热处理，具有一定先决条件。针对壁管厚度较大、焊接结构错杂的构件，如若不采取预热处理，具有危险性。与此同时，钢材焊接完成时，对其不采取热处理，具有处理范围限制。对于较高拘束应力构件而言，在对其进行焊接处理后，应施行热处理。

各类钢材品种，在回火软化、回火脆性等方面的表现，具有相似性。在较低温度热处理时，温度处理难以改善钢材料焊接性能，甚至会引起危害问题。因此，应进行适当调高温度的热处理，以便于综合增强钢材焊接性能。一般情况下，钢材焊接完成时，热处理温度取值范围为[700，730]℃。然而，在实际焊接处理时，温度提至740℃，将会增强钢材性能的改善效果。与此同时，在热处理时间为2小时，温度条件为750℃时，能够获取钢材料最佳性能。

在热处理刚性强、壁厚种类的钢材时，应在焊接完成后進行，尽量回避再热裂纹的形成温度范围。可采取退火处理形式，温度条件设定为550℃，持续时间为1小时，以此形成释放剩余应力，继而控制740℃温度条件下的退火周期。

结论：综上所述，在机组运行期间，应加强机组性能监管，准确获取机组泄漏的发展过程，准确确定泄漏问题根源，加强水冷壁泄漏问题处理，保障锅炉机组使用的安全性，提升机组运行成本控制效果，保障锅炉机组平稳运行。

参考文献

[1]张鸿武，岳增武，杨东旭.电站锅炉水冷壁管泄漏原因分析及处理[J].中国铸造装备与技术，2020，55（04）：79-83.

[2]曾永光，罗红星，常艳.一起循环流化床锅炉水冷壁泄漏的原因分析及处理[J].特种设备安全技术，2019（02）：6-7.

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