烟台现代冰轮重工有限公司 264003
摘要：目前，我国是经济迅猛发展的新时期，人们的生活质量不断提升，对于电力的需求在不断加大，某电站锅炉水冷壁管发生了严重的腐蚀，形成泄漏。对泄漏管段取样，通过宏观检验、化学成分检测、金相分析和XRD检测，分析了水冷壁管的泄漏原因。分析认为，焊缝的焊接质量较差，导致汽水循环不通顺，炉水通过时产生涡流，水垢在此处沉积后，炉水进一步在垢下浓缩，形成垢下腐蚀，导致金属内壁不断腐蚀减薄，直至泄漏，泄漏原因为局部垢下碱性腐蚀。根据其特点，提出了相应的整改措施和建议。
关键词：电站锅炉；水冷壁管；焊接质量；垢下腐蚀
引言
某电厂承担着全社会的电力供应任务，高峰季锅炉基本处于长期满负荷运行，而锅炉“四管”长期受高温、飞灰冲刷、机械磨损、金属材料的劣化、腐蚀，以及安装质量、焊接质量、异物堵塞等因素的影响，频频发生泄漏，是长期困扰电站锅炉安全生产的瓶颈问题。
1概述
某电站锅炉投用后，炉内靠近两侧墙的第1、2根顶棚管频繁发生爆管，爆管发生在顶棚管中段。使用单位将泄漏的水冷壁管段进行了更换，将向火面用5mm耐磨耐火浇注料进行了保护，希望通过绝热的方式降低壁温，延长其使用寿命。但是运行不到1年，该顶棚管再次发生了爆管。该电站锅炉为自然循环、单锅筒循环流化床锅炉，设计额定蒸发量为220t/h，额定蒸汽压力9.8MPa，额定蒸汽温度540℃。锅炉稀相区为方形设计，燃料为煤+煤泥，可以掺烧煤泥比例近50%，具有较大的负荷比，可以在30%的负荷下，不投油稳燃。锅炉采用了水冷布风板，其循环回路有2个部分。1）两侧墙水冷壁有各自独立的上下集箱，水经集中下降管和分配管进入下集箱，经侧墙水冷壁进入上集箱，再有汽水引出管将汽水混合物引至锅筒。2）前后墙水冷壁共用一个上集箱，水经集中下降管和分配管进入前水下集箱，有一部分水经前墙水冷壁进入上集箱，另一部分水经水冷布风板的管子进入后水下集箱，然后经后墙水冷壁、顶棚管也引至上集箱，再有汽水引出管将汽水混合物引至锅筒。顶棚管是后墙水冷壁管的延伸部分。水冷壁管规格为Φ60mm×6mm，材质为20G。
2试验
2.1结构因素
根据锅炉循环回路特点，发现前墙水冷壁循环流量要大于后墙水冷壁。在下降管从前水下集箱供水的情况下，顶棚管由于进出口高度差小，布风板水管无高度差，在后墙水冷壁的整个循环回路中，增加阻力较多，几乎不提供循环动力，循环动力主要还是后墙水冷壁垂直段和下降管之间的液体密度差，因此前墙水冷壁的水循环量阻力明显小于后墙水冷壁，循环动力相差不大，从而前墙水冷壁会发生抢水现象，对后墙水冷壁的循环造成不良影响。而对布风板水管、后墙水冷壁下集箱、后墙水冷壁管的结构进行分析，发现布风板水管为45根Φ83×8的管子，后墙水冷壁为96根。布风板中间区域水管，每根管子与后水冷壁集箱连接的位置都对应2根后墙水冷壁管，但左、右侧第1根布风板水管进入的位置，每根对应3根后墙水冷壁管。这样在角部的后墙水冷壁管就容易出现供水不足的现象。从传热上看，后墙水冷壁2个角部的管子本身受炉膛辐射热较弱，为避免磨损（循环流化床锅炉角部磨损通常较严重），又采用了浇注料覆盖的方式，进一步降低了传热，而从结构上，后墙水冷壁2个角部的管子循环流速最低、最容易造成水循环故障。
2.2由超温引起的锅炉水冷壁泄漏
（1）机组运行中，尽可能通过燃烧调整，结合平稳使用减温水和吹灰，减少烟温、汽温两侧偏差和受热面壁温偏差，保证各段受热面吸热正常，防止超温和温度突变。（2）锅炉运行中严格控制减温水量，保持各级减温水合理开度，控制好减温器后汽温，防止汽温变化速率超出要求，防止局部受热面超温。减温水调门防止大幅波动，防止减温水量大起大落造成减温器管道疲劳损坏，水冷壁超温爆管。（3）锅炉水压试验、安全门整定时，要严格掌握升压、降压速度，防止升压速度过快或压力、汽温失控造成超压超温现象。（4）调节再热汽温的烟气调整挡板应定期检查，定期活动，防止积灰卡涩。（5）运行中对壁温故障点偏差大易超温点做好统计记录，停机后运行人员应提供管壁超温记录和异常部位，便于检修人员进行有针对性的检查。（6）加强对受热面管壁温度的监测，建立受热面管壁温度和蒸汽超温台帐，记录超温幅度、时间，并进行分析。
2.3由磨损引起的锅炉水冷壁泄漏
水冷壁管磨损原因与下列因素有关：①炉膛火焰温度。②燃煤的含硫量。③烟气与灰分颗粒的冲蚀。④燃煤的含硫量。⑤烟气与灰分颗粒的冲蚀。⑨燃烧器安装角度不恰当。⑦吹灰器安装不当等引起的磨损。3试验结果及讨论泄漏口管段的化学成分在标准允许范围之内，不存在材料错用或者化学成分不合格的情况。焊缝附近的管子内壁腐蚀减薄严重，并发生泄漏，内壁腐蚀坑处存在大量黑褐色腐蚀产物，黑褐色腐蚀产物主要物相为Fe3O4。通过金相分析，发现焊缝处的金相组织为晶粒粗大的魏氏组织，而魏氏组织是钢的一种过热缺陷组织，结合焊缝的宏观形貌（存在错口和未焊满），可见焊缝的焊接工艺不当、焊接质量较差；对比纵剖面上不同位置的金相组织球化的状况，可发现距离泄漏口越近，珠光体球化程度越严重，这是由于水垢的导热性能较差，附着在内壁之后，严重影响了热传导，炉水不能很好地冷却管壁，造成局部向火面金属温度升高，形成过热，使得泄漏口附近的管壁金相组织球化等级较高；管子外壁存在密集的向内壁延伸的周向裂纹，裂纹内部存在腐蚀产物，说明裂纹在本次泄漏之前就已存在。分析认为，焊缝的焊接质量较差，焊缝处存在错口，并且根部存在未焊满现象，造成局部汽水循环不通顺，炉水通过时，流速降低，于此处产生涡流，垢物在此处沉积。水冷壁内表面附着的水垢、腐蚀产物等沉积物是造成局部锅水pH值偏高、产生垢下腐蚀的必要条件。沉积物越多越易发生垢下碱性腐蚀。当垢物沉积后，热传导不良，管子壁温升高，炉水在此处浓缩，pH值升高。当pH＞13时，管壁金属表面上的保护膜Fe3O4会与浓缩的炉水生成反应如下：Fe3O4+4NaOH=2NaFeO2+Na3FeO2+2H2O反应生成的NaFeO2和Na3FeO2在高pH值下可以溶解。当金属保护膜溶解后，管子表面形成浓差电池，生成反应如下。向火面成为阳极，反应为：Fe-2e-=Fe2+背火面成为阴极，反应为：2H++2e-=H2反应生成的Fe2+与炉水中的OH-发生如下反应：Fe2++2OH-=Fe（OH）2由于Fe（OH）2是不稳定的，进一步和炉水中的O2发生反应：4Fe（OH）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3Fe（OH）2+2Fe（OH）3=Fe3O4+4H2O当Fe3O4沉淀物（水垢）附着在向火面金属内壁（阳极）后，由于水垢的阻挡，沉淀物外部的炉水不能和沉淀物下浓缩的炉水混合，造成沉淀物下炉水进一步的局部浓缩，加剧了沉淀物下金属内壁的不断腐蚀，逐渐形 成凹凸不平的腐蚀坑，使管壁不断减薄，直至泄漏。
结语
锅炉“四管”漏泄始终是困扰燃煤电厂安全、经济、稳定运行的一大难题，以上简单分析了锅炉水冷壁泄漏的几种主要类型，并针对各种类型提出了相应的防范措施，防止类似事故的频繁发生，以降低水冷壁的事故率，杜绝非停事故，使影响爆管的因素得到有效预防和控制，不断提高锅炉的安全运行，降低锅炉“四管”漏泄次数，提高机组运行的可靠性和经济性。
参考文献：
[1]《火力发电厂金属材料手册》编委会.火力发电厂金属材料手册[M].北京：中国电力出版社，2000.
[2]锅炉和过热器用无缝中碳钢管子：ASMESA210[S].美国纽约：ASMEBPVC.Ⅱ.A，2017.