锅炉水冷壁管分层原因分析及处理

摘要：锅炉水冷壁爆管事故是锅炉运行中最常见的事故之一，引发事故的原因基本可归纳为腐蚀、磨损、过热、裂纹四类。一旦水冷壁出现爆管事故，极易造成紧急停炉影响生产，甚至发生人身伤亡，给企业带来巨大的经济损失。

关键词：水冷壁管分层;氧化皮;裂纹;

1 引言

锅炉水冷壁最常见的缺陷有腐蚀、磨损、过热、裂纹四类。腐蚀包括水侧内壁腐蚀和向火侧外壁腐蚀，水侧腐蚀有给水氧超标、酸、碱或其它原因引起，向火侧腐蚀又称为“还原气氛腐蚀”，主要是在环保要求下锅炉采取低氮燃烧， 燃烧器送风配比调整不合理， 由还原性气氛下高温硫腐蚀造成的;磨损包括吹灰冲蚀与煤粒磨损，水冷壁磨损的部位主要是在一次风口周围的水冷壁管，因风粉流冲刷磨损和吹灰器吹扫时的冲刷磨损等引发;过热包括短期过热（超温爆管）与长期过热（高温蠕变）;裂纹主要为横向热疲劳裂纹等，横向热疲劳裂纹的产生是由于炉壁传热恶化，而使炉壁温度超过容许值，或炉壁温度长期波动时，炉壁管会因金属强度下降或金属疲劳而产生热疲劳裂纹，进而导致破裂。本文从水冷壁裂纹入手进行锅炉水冷壁管分层的原因分析及处理。

2 水冷壁管分层情况

某热电厂 2X330MW 供热工程锅炉采用摆动式燃烧器调温，四角布置、切向燃烧，正压直吹式制粉系统、单炉膛。水冷壁采用外径Φ45mm的光管和内螺纹管，节距为 57mm，管间用扁钢焊接形成完全气密封炉膛。炉膛折烟角由节距为 63.33mm，外径为 Φ51mm 的内螺纹管加扁钢焊接而成。水冷壁延伸侧墙采用Φ51光管，节距为 114mm。组装方式采用膜式管屏现场安装，材质为20G，该机组平时按照省调要求，参与调峰使用。在机组大修过程中，发现在炉膛燃烧器层区域水冷壁后墙某管测厚异常，现场检查该管外壁未有明显减薄发生，但轻微打磨喷涂层后，表面有细微横向纹路，使用声波侧厚仪测数2.7mm，怀疑该水冷壁管母材有分层情况，将样品送检后做初步分析（如图1）。

3 原因分析

根据分析照片，该公司组织相关技术人员对该机组水冷壁管后墙进行全面测厚，主要涉及折烟角、SOFA风层、高温燃烧区、冷灰斗等区域，通过近500组数据结果对比，发现后墙#2角燃烧器至#3角燃烧器第41根水冷壁管B1层燃烧器中心线至B层油枪中心线标高处，出现测量数据大幅度跳跃的情况，即在同一根水冷壁管相近（约20CM）部位测量数据显示5.3MM与1.4MM两种，随即检查人员对超声波测厚仪进行更换，重新获得数据，基本与初次测量数据一致。进一步对异常管进行切割打磨，发现管中出现细微树纹状凹坑，继续打磨时出现肉眼见纹路，并做渗透试验（图2）

按照前期检查经验，防磨防爆检查小组再次对水冷壁前墙、左墙、右墙扩大检查，按一次风、二次风、油枪等中心线标高位置分层“蛛网”示测控，发现前墙#4角燃烧器至#1角燃烧器第17根水冷壁管A1层燃烧器中心线至燃烧器底部下2M标高处、左墙#1角燃烧器至#4角燃烧器第49根水冷壁管C1层燃烧器中心线至B2层燃烧器中心线标高处也出现测量数据大幅度跳跃的情况，综合测量数据，进行充分比对，发现异常分层管3根，随对发现的3处水冷壁管进行割样送检（结果如图）。

通过以上测量检查与试验结果表明，可以得出结论：锅炉水冷壁受热面管在运行过程中会出现分层情况，且相对集中在水冷壁高温燃烧器区域，其主要原因可归结三种：一是机组启停频次高，热冷态转变过程中水冷壁管拉伤;二是水冷壁管过熱导致出现局部应力;三是水冷壁管制造工艺不佳。

4 处理措施

（1）采用机械方法沿20G管接头焊缝处切割，水冷壁管割除，焊接水冷壁管上下口使用切割机进行切割，鳍片部位使用气割进行切割，将泄漏及磨损的水冷壁管进行割除，割除时，不能伤及附近的水冷壁管子，割除管子严格按照检修工艺，长度不小于800mm。

（2）割管后利用记号笔标明介质流向。利用水溶纸将水冷壁下口封堵。利用坡口机对水冷壁管上下口进行坡口加工。坡口采用V型坡口，坡口角度为35°，并保留1mm钝边。

具体要求如图7所示：

（3）装配焊接前彻底清除待焊接区域及其邻近金属表面至少30mm的油、水、锈蚀等杂物，直至露出金属光泽。

（4）焊接材料选用全氩弧焊接，所使用的焊材为TIG—J50。焊接前使用光谱仪确认焊丝的材质，焊接电流采用80～100A。

（5）焊接接头有超标缺陷时采取挖补方式进行返修。但同一位置上的挖补次数不超过3次。焊接质量有较大缺陷时必须要进行重新焊接。对密封进行焊接时，不允许倒流焊接，不允许出现咬边现象。

（6）焊接完成后，对焊口进行X射线探伤，所有焊口合格后方可进行密封的焊接工作。

5 后续工作

（1）按照《火力发电厂金属技术监督规程》（DL/T438-2016）第8.2.1“机组每次A级检修或B级检修，按要求对受热面进行检测，必要时进行超声波、涡流或磁记忆检测，重点检查高温燃烧区域。在机组检修过程中认真执行检验要求，发现问题及时处理。

（2）必要时联系锅炉厂家，对机组运行过程中存在水冷壁管子进行材质升级优化，彻底消除隐患。

参  考  文  献

[1] DL/T 438-2016，火力发电厂金属技术监督规程[S].中国电力出版社，2016

收稿日期：

作者简介：

席青（1991年生），男，陕西宝鸡籍，本科学历，助理工程师职称，华电渠东发电有限公司锅炉维护技术员，负责锅炉专业技术管理工作

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