600 MW超超临界锅炉水冷壁检修质量控制

雷中辉

（华能湖南岳阳发电有限责任公司，湖南岳阳 414002）

0 引言

火电厂锅炉一旦发生“四管”（即锅炉水冷壁、过热器、再热器和省煤器）泄漏就只有采取强迫停炉，严重影响了火电厂的正常生产，造成巨大的经济损失。在预防和处理“四管”泄漏工作中，由于“四管”高温高压工作特性，在管道更换处理过程中对焊接工艺、管道清洁度等有着特殊要求，特别是对于小管径、有节流孔的水冷壁管有着更高要求。经过长期的工作实践，通过对锅炉发生缺陷的原因作出合理分析，加强对锅炉“四管”缺陷进行有计划、有针对性的治理改造，强化防磨防爆工作组织管理，优化检修方法等措施，可以使管道锅炉受热面损坏、泄漏事故得到有效控制。

1 锅炉概况

某电厂三期2×600 MW燃煤机组的5#、6#锅炉为超超临界式变压运行直流锅炉，采用П 型布置，单炉膛，受热面全悬吊结构，平衡通风，固态排渣。锅炉最大连续蒸发量1795 t/h，过热器额定蒸汽出口温度为605 ℃，再热器蒸汽出口温度为603 ℃，给水温度287 ℃[1]。水冷壁采用焊接膜式壁、内螺纹管垂直上升式，炉膛断面尺寸为17 666 mm×17 628 mm，水冷壁管共有1584根，前墙、后墙各396根，两侧墙各396根，均为Φ28.6×6.4 mm（最小壁厚）四头螺纹管，管材均为15CrMoG，节距为44.5 mm。管子间加焊的扁钢宽15.9 mm、厚6 mm，材料为15CrMo，在上、下炉膛之间装设了一圈中间混合集箱以消除下炉膛工质吸热与温度的偏差。水冷壁下集箱采用Φ219 mm的小直径集箱，并将节流孔圈移到水冷壁集箱外面的水冷壁管入口段。入口短管采用Φ42×9 mm的较粗管子，在其嵌焊入节流孔圈（直径7～11 mm），再通过二次三叉管过渡的方法与Φ28.6 mm的水冷壁管相接。

2 存在的问题

近年来，集中检修期间对三期锅炉水冷壁检查发现，炉膛第二层吹灰器至燃烧器D层区域水冷壁管存在大面积的明显减薄，很多的管道已被冲刷减薄呈明显的菱形状，测厚最小值4.70 mm，且该区域包括中间集箱过渡段区，水冷壁管表面发现大量的横向裂纹。经电科院及电厂锅炉、金属专业人员详细检查、确认，两台锅炉存在严重减薄、裂纹缺陷面积合计超过300 m2，分析认为壁管减薄严重的原因为高温腐蚀。同时水冷壁受交变应力的作用产生横向裂纹，这与燃烧发生偏差、热负荷不均、频繁调峰、频繁启动等有关。

水冷壁壁厚的减薄及裂纹会大大降低其强度，容易发生炉管泄漏事件，危及机组的安全稳定运行。经过研究，决定更换已存在严重减薄、裂纹缺陷的水冷壁管。分析电厂水冷壁管，管径较小，并且进口集箱出口管内嵌入有更小孔径的节流孔圈，这种节流孔极易悬挂、残留异物，容易造成节流孔圈堵塞截流，最终导致管道超温甚至爆管泄漏。本次水冷壁管更换检修的区域面积较大，如何保证管道更换过程中的清洁度，不落入、残留异物至管道内，同时保证管道的焊接质量，成为检修工作面临和必须克服的难点。为此，锅炉、金属专业制定和优化了水冷壁管更换检修方法。

3 锅炉水冷壁管更换检修方法

3.1 检修原理

（1）严格执行国家相关的各种锅炉设备的法律法规、制度标准及锅炉厂设备安装要求。

（2）在水冷壁管更换检修作业过程中，采取有效可行措施防止异物落入管内。

（3）水冷壁管切割作业时，避免对不需要更换的旧管及新旧管管口产生割痕等机械损伤。

（4）水冷壁管更换检修所有的安装焊口必须经金属射线探伤检测合格。

（5）水冷壁管更换完成后，必须严格按照施工工艺要求恢复鳍片密封；必须恢复水冷壁管排固定装置等附属组件。

（6）水冷壁管更换检修作业过程中，锅炉、金属专业人员对管道清洁度、施工工艺、检修质量等全程监督鉴证。

（7）水冷壁管更换检修完成后，采取水冲洗、金属射线拍片检查、水压试验等后续措施，确保水冷管弯头、节流孔等处无异物残留，焊接质量合格。

3.2 检修施工准备

水冷壁管更换检修施工前，施工单位编写施工方案，由电厂审批。针对水冷壁检修，电厂建立组织机构，负责全过程的施工安全、质量管理，锅炉、金属专业分别编写施工工艺和检修质量要求。

3.3 检修施工工序（图1）

图1 检修施工工序

3.4 检修施工要求

（1）旧管拆除流程：定位→使用火焊将下部管口预制坡口鳍片修割到位→手动切割机将下部管口切断，对断口覆盖铝板保护→其次切割上部管口、→吊出需更换管屏、→在下部管口用水溶纸封堵（注意塞入不能太深）→打磨干净管口切割后遗留的环状铁皮并取出、→取出易溶纸（需将夹杂在易溶纸中的铁皮、颗粒等杂物要一起取出）→用专用塑料堵头封闭。

（2）管屏下部坡口制备过程：取出封闭在管口的塑料堵头→用水溶纸封堵→坡口制备→焊口内、外壁打磨、除锈、→取出易溶纸（需将夹杂在易溶纸中的铁皮、颗粒等杂物要一起取出）→用专用塑料堵头封闭。

（3）断口覆盖铝板保护后，如果周边动用火焊，铝板上方覆盖保温棉防铝板高温烫破或断口内易溶纸高温烫化，颗粒杂物等落入管内。

（4）水冷壁新管应在组合和安装前进行外观检查、光谱材料确认及吹扫通球，按要求通球合格后应及时封闭，并做好记录，办理签证。

（5）对口。管排具备对口焊接条件时，取下堵头，如果采用易溶纸封堵时，需使用吸尘器对管口内的细小异物进行清理后取出易溶纸，根据焊接要求重新塞入适量易溶纸，配制好的新管在现场使用一定压力的压缩空气进行吹扫，经见证认可后方可开始焊接。

（6）反复对口、修割鳍片时，需及时遮挡保护好下方管口。

（7）管道接口焊接完成后，对切割区域管道及新、旧管管口进行检查，发现有机械损伤的地方必须采取焊补或更换管道等整改措施。

（8）水冷壁管的焊接必须采用全氩弧焊焊接，严格执行焊接工艺评定；水冷壁鳍片的焊接可用氩弧焊、电焊及二氧化碳气体保护焊，要保证焊接后密封完好，焊接不能伤害到水冷壁管，通过控制电流大小等措施避免咬边现象。

（9）所有施工工序过程中，电厂锅炉、金属专业人员要全程见证，工序见证认可签字后方可进行下一道工序。

3.5 检修后续工作

3.5.1 水冲洗及金属射线拍片检查

由于炉管更换过程中焊渣、铁屑及其他异物有可能进入管内，焊接过程中使用的易溶纸未能彻底溶掉，堵塞并减小通流面积进而导致运行中可能有超温爆管的危险，特制定水冷壁冲洗、检查方案来达到提高炉管清洁度、杜绝超温爆管事故的目的。该过程分为两阶段：

（1）静态浸泡冲洗、检查阶段。采用一定温度的给水，通过给水系统上水至水冷壁中间集箱（本次换管的最高标高在中间集箱的进口处），浸泡一段时间后使新更换管段焊口两端堵塞的易溶纸完全溶解，继而锅炉放水，使夹杂在易溶纸及炉管内的异物落入水冷壁下部的特定区域。多次浸泡、放水反复后，再对这些区域进行拍片检查，以保证炉管的清洁度。根据该电厂水冷壁结构特点，拍片部位为本次所有更换的水冷壁管所对应的炉底部位管道的弯头、三叉管及节流孔。完成拍片检查后，对发现有问题的管道进行处理。

（2）阶段循环冲洗、检查阶段。模拟锅炉正常运行工况，使给水经省煤器、水冷壁、顶棚过热器、包墙过热器，汽水分离器、贮水箱，再通过炉水循环泵返回到省煤器进口形成一个水系统的循环，炉水在系统内充分扰动，使附着在水冷壁管壁上的异物脱落下来，再采取水冷壁底部带压放水的方式，将系统内的异物排出或沉积在特定区域，以便拍片检查和处理。拍片检查部位与第一阶段的检查部位相同。在完成拍片检查后，对存在问题的管道进行处理。

3.5.2 水压试验

此次水冷壁大面积换管，产生了大量新的管道安装焊口，且进行了大面积的鳍片密封焊接工作。为检验锅炉承压部件的安装质量，确保投产后安全可靠运行，根据锅炉相关检修规定进行水压试验，检查其系统在冷态下各承压部件的严密性和强度。水压试验结束后，5#炉发现一处微渗漏点并进行了处理，6#炉未发现异常。

4 结束语

水冷壁管更换检修工作全部结束后，在后续的检修过程中，对更换后的管排及周边管进行了喷涂处理、火花实验，还做了燃烧调整。5#、6#机组运行以后，水冷壁管运行正常，未出现节流孔堵塞引起金属管壁超温、焊缝泄漏等不安全事件。如此大面积的水冷壁管更换检修并未产生次生的影响机组安全稳定运行的因素，对于水冷壁管以及其他炉管的更换工作具有重要的指导作用。只有通过制定严密的组织、实施措施，实实在在地投入人力、物力和精力，才能切实提高锅炉“四管”防磨防爆检查、检修工作的质量，预防和控制泄漏事件，切实保障发电机组的安全稳定运行。