张轶鹤
华能大庆热电有限公司 , 黑龙江 大庆163000
摘要：水冷壁管作为电站锅炉的重要部件，运行过程中管内承受高温高压及腐蚀作用，管外承受高温烟气的冲刷磨损，锅炉水冷壁管的可靠性直接关系到电厂机组的安全有效运行［１］。本文对电厂锅炉水冷壁管出现内腐蚀缺陷的原因与对策进行分析，以供参考。
关键词：电厂锅炉；水冷壁管；内腐蚀
引言
某热电厂一台高压锅炉在移装完成后的水压试验过程中，加压至８ＭＰａ左右时发现有１０余根水冷壁管开裂，水冷壁管材料为２０Ｇ钢，规格为６０ｍｍ×５ｍｍ，开裂位置标高１２～１８ｍ。此台锅炉制造日期为２００８年１月，移装前累计运行时间约７×１０４ ｈ。选取开裂管子（编号为试样Ａ）和未出现开裂管子（编号为试样Ｂ），通过一系列检验对管子开裂的原因进行分析，以期类似事故不再发生。
1概述
炉管向火面表面出现缺陷的可能原因主要为应力断裂、腐蚀、疲劳、磨损、质量控制失误（含外力影响）等，每一种失效形式起因及特征表现方式不一。应力断裂主因是过热运行；疲劳失效时伴有氧化皮、裂纹特征；管壁冲击磨损发生于外壁，主要外观特征为外壁减薄；炉管高温腐蚀与低温腐蚀发生于烟气环境中，主要失效宏观特征坑穴状、麻点或浅沟槽，覆盖有灰及铁质氧化物质，发生部位在炉管外壁。当受热面管内壁有水垢时，由于垢的传热性很差，垢下金属管壁的温度升高，渗到垢下面的锅炉水会发生急剧蒸浓，炉水的高度浓缩，炉水中的OH在垢层下方富集，具有很强的侵蚀性，水冷壁内壁保护膜受到破坏，铁和水形成碱性电池，发生碱性腐蚀，伴随有氧腐蚀（缺陷炉管内部有黑红色铁氧化物等生成物）。
2理化检验
2.1宏观分析
宏观检查开裂处位于向火侧，裂口边缘粗糙，呈撕裂状，有明显的脆性断裂特征，管径无明显胀粗，裂口处截面有减薄现象。Ａ，Ｂ两个试样内壁靠近向火侧均有明显的腐蚀产物堆积，打磨后有大量的腐蚀坑，呈溃疡状腐蚀形貌。
2.2硬度测试
对试样Ａ的管子开裂处和未开裂处，以及试样Ｂ进行布氏硬度测试，可见，试样Ｂ的硬度符合ＤＬ／Ｔ ４３８—２０１６《火力发电厂金属技术监督》中对２０Ｇ钢的参考值（１２０～１６０ＨＢ），试样Ａ开裂处附近的硬度和未开裂处的硬度相差较大，且均低于ＤＬ／Ｔ ４３８—２０１６中对２０Ｇ钢的参考值。
2.3扫描电镜分析
试样Ａ裂口较平整，无明显的塑性变形，对裂口处截面腐蚀产物进行酸洗后采用扫描电镜（ＳＥＭ）进行观察，可见明显的沿晶脆性断裂特征。对试样Ａ裂口处内壁进行ＳＥＭ观察，可见裂口内壁有较多沿晶微裂纹。晶间微裂纹的存在，使晶粒之间结合力下降，金属的强度和塑性迅速降低，在外力的作用下无塑性变形的能力，容易发生脆性破坏。进一步观察发现，裂纹起源于管子内壁的腐蚀坑，沿晶界向基体金属内部扩展，并且越靠近内壁，晶间裂纹越多。观察试样Ｂ内表面ＳＥＭ形貌，可见其表面存在较多的点蚀。
3电厂锅炉水冷壁管出现内腐蚀缺陷的原因
在外观检查过程中，通过割管检查方法，可以确定发生事故锅炉在管口处的背火侧管内，通过肉眼观察发现整个结构表面平滑，并且管壁的厚度正常，而对于向火侧，内壁则呈现出坑穴状特点，并且其中存在黑色的垢层，且该结构局部表现为偏红色，对于解剖后的管壁厚度分析可以发现，发生事故的炉管和旁侧随机选择了的10根水冷壁管中，解剖之后发现具有明显的腐蚀坑，并且对其中某一处腐蚀坑进行了进一步的测量，发现管道母材的平均厚度为7.13毫米，且经过腐蚀之后，整个腐蚀坑内最薄处的管壁厚度，仅有4.37毫米，减小的厚度参数为2.76毫米。
4电厂锅炉水冷壁管出现内腐蚀缺陷的对策
4.1汽水品质达标
在锅炉的运行过程中，不会让所有的管壁内部通过化学反应，降低其中所存在的各类离子，但是在具体的处理过程中，必然无法实现全面的消除，因此可以推测的是，水冷壁管在后续的运行质量必然会受到影响，只不过水垢的生成速率方面可以经过人类控制，因此在具体的工作阶段，必须要能够落实对锅炉水、给水系统以及其他汽水品质的监督工作，并且要能够完全依照作业标准、设定模式以及工作规范，对所有的汽水品质进行抽样检查，每次抽样都需要借助专业的工作模式，让所有的人员把最终所取得的工作参数进行高精准度的记录，同时抽样检测次数不得少于3次。另外在锅炉的后续运行过程，要定期或不定期排放其中存在的污水，通过增加频率的方法，可以防止由于各类水质本身的问题，导致其中存在的污水中离子在管壁上积累。
4.2构造自控系统
自动控制系统的建设过程中，企业可以通过对整水冷壁管系统运行过程中所有参数的监管和记录，系统性分析当前系统运行过程中是否存在安全隐患。比如针对水质的检查系统，考虑到在管道的运行过程中，只是对于其中一些金属离子的沉降，最终形成了水垢，因此需要在系统内，全面配置针对这类离子的专业检查传感器，且该传感器要能够直接和报警系统与运行控制中枢关联，发现存在运行问题时，要第一时间发出警报信息，从而让所有的人员参与到对水质的进一步协调和处理工作。另外也需要对水冷壁管中的一些设施运行过程中，所存在的薄弱点加强检查，尤其是对于水冷壁管的温度，更是需要通过实时的监管工作，研究当前是否处于高稳定运行状态。
4.3对水冷壁管缺陷部分进行大面积更换
根据解剖测厚结果，水冷壁管存在大量结垢和大幅减薄，已基本不具备酸洗条件，由于四面炉墙工作环境基本相同，缺陷情况也基本相似，加之爆管区域的分散性，为保证机组安全运行，须对已发生腐蚀的水冷壁管缺陷段进行全面更换。为确定更换高度，对1#锅炉后墙甲往乙第58根、第115根进行扩大区域割管检查，发现自锅炉标高13m高度向下、33m向上部分，肉眼不可见水冷壁结垢情况，且内壁情况良好。确定锅炉四面墙共552根水冷壁管，自标高13~33m部分进行大面积更换，彻底消除水冷壁腐蚀减薄和管材球化缺陷。
4.4扎实做好金属监督工作
水冷壁设计使用年限约10万h，其公司两台锅炉水冷壁管实际已超过设计年限，加之机组启、停次数相对频繁，需进一步强化金属监督力度，严格按照《火力发电厂金属技术监督规程》、《火力发电厂锅炉受热面管道监督检验技术导则》中相关要求开展金属监督工作。
结束语
在锅炉检修期间，有计划性对受热面管道进行全面外观质量检查，重点检查腐蚀、鼓包、变形和裂纹情况，并对锅炉未换管部分、炉四面炉墙进行重点抽样检验，此项工作力度需加大，视检验情况采取措施，可考虑对2#锅炉水冷壁管进行计划性大面积更换。
参考文献
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