谈金军
华电青岛发电有限公司 山东省青岛市 266000
摘要:水冷壁是电站锅炉主要的蒸发受热面，在运行中承受高温、高压、高热负荷等恶劣的环境，容易发生吹损减薄、高温腐蚀、超温、碱腐蚀等导致水冷壁管泄漏，这是电厂非正常停机最常见的原因，也是困扰电厂安全稳定运行的技术难题。鳍片是膜式水冷壁的重要组成部分，近年来膜式水冷壁因鳍片开裂而撕裂管子的事件时有发生，因此研究鳍片及其焊接质量对水冷壁运行安全的影响具有非常重要的意义。
关键词：发电厂；锅炉水冷壁；泄漏现象；原因；对策
中图分类号：TG441 文献标识码：A
引言
随着运行时间的增加，电站锅炉设计、制造、安装、运行存在的问题会逐渐显现。对锅炉进行内部检验是发现其缺陷的主要方式之一，熟悉锅炉内部检验中常见的缺陷才能有针对性地开展检验工作，以达到发现并消除缺陷的目的，从而确保发电机组安全稳定地运行。水冷壁作为主要受热部件， 易于产生高温腐蚀问题，腐蚀使管壁厚减薄或泄漏，造成巨大的经济损失。目前国内外针对高温腐蚀问题主要从燃烧调整、煤质控制和表面防护三个方面进行，其中表面防护作为最直接的措施已经得到国内外的广泛认可和应用。
1 水冷壁泄漏情况概述
从前期投产的多台超超临界塔式锅炉水冷壁发生泄漏的统计情况看，泄漏主要集中在锅炉标高40米到70米之间，大多位于拘束应力较大区域的锅炉配件安装的位置，包括刚性梁、塞板、小嵌板与水冷壁之间的角焊缝、水冷壁管与鳍片角焊缝等，也有个别安装焊口。其中刚性梁与管子角焊缝、鳍片与管子角焊缝引起的泄漏约占80%以上。爆管为内螺纹管，爆口尺寸较大，长约 134mm，宽约 59 mm。爆口边缘未见减薄，爆口撕开部分内壁可见多处腐蚀凹坑及宏观裂纹，管内螺纹腐蚀减平较为严重，爆口周围呈砖红色。管外径未见涨粗，管壁厚未见减薄。
2 主要原因分析
2.1 直接原因分析
通过对返料腿金属膨胀节实际膨胀情况、返料腿与炉膛结合处膨胀情况的检查结果可以得出，导致返料腿与炉膛结合处水冷壁泄漏的直接原因是返料腿金属膨胀节存在膨胀受阻及使用寿命超限，使得其在机组运行过程中的实际垂直方向伸长量不能满足锅炉热膨胀需求，导致密封装置与密封塞块焊缝、水冷壁与密封塞块焊缝两个部位承受过大的热膨胀应力。在机组长期运行过后，热膨胀应力集中的部位出现裂纹并向管内部延伸，最终导致水冷壁管泄漏。
2.2 磨损
磨损是受热面泄露中很常见的一种形式，一般分为机械磨损、飞灰磨损和蒸汽吹损。检验时，应重点检查管排与管排之间、管与管卡之间，以及管与结构件等之间是否存在挤压碰磨现象，与炉墙附近管排磨损情况，受热面管屏是否存在节距不均、管子出列等问题。①机械磨损。机械磨损一般由于定位卡块失效或夹持不牢造成管排与管排之间、管排与夹持管之间出现磨损。应从设计、制造、安装及检修等方面规避此类问题的发生。②飞灰磨损。飞灰磨损一般发生在工作环境温度较低的后烟井受热面。由于烟气中含有大量飞灰，飞灰中携带大量坚硬颗粒，冲刷管子表面，使低温受热面出现飞灰磨损。一般容易出现磨损的部位是受热面与包墙之间，或蛇形管间的间隙过宽而形成的“烟气走廊”区域，受烟气冲刷的第一排管子中心点及两侧磨损最严重。烟气速度越快，磨损现象越容易发生，后烟井常有因积灰堵塞烟气通道的现象，通道的堵塞增加了烟气的流速，会导致磨损现象的发生。
2.3 焊接工艺的影响
焊接方法对T23钢的焊缝韧性有极为明显的影响，工艺评定试验结果，氩弧焊的焊缝在焊态下，0℃时的韧度200J/cm2以上，焊条电弧焊的焊缝韧性比氩弧焊焊缝低，必须经过焊后热处理才能使其韧性达到较高的水平；T23钢焊缝的冲击韧性对焊接工艺参数很敏感，焊前预热不到位、焊后没有保温缓冷措施、焊接电流偏大、焊缝成型过宽、多层多道焊操作不规范等，都会对焊接接头冲击韧性产生不利影响。
3 应对策略分析
3.1 运行情况检查
经现场询问当班司炉人员及检查事故发生前的锅炉运行记录，事故发生当天该锅炉运行正常，锅炉给水、蒸汽压力、蒸汽温度、汽水品质、炉膛温度、燃料供给等各项参数正常，未见超温超压运行。该台锅炉控制系统老旧，给水调节、燃料供给、鼓引风等均为人工调节控制。
3.2 位置分析
由于所处位置未能进行酸碱洗，使管内工质流速低于周围其他管内工质。通过以上分析，爆管使用前已被严重氧化腐蚀，管内壁生成 Fe2O3沉积层，而沉积物传热性差，沉积物下金属管壁温度升高，渗透到沉积物下的锅炉水会发生急剧蒸浓，浓缩炉水由于沉积物阻碍，不易和处于炉管中部炉水均匀混合，锅炉水各种杂质浓度变得很高，其水质会与浓缩前完全不同，具有很强侵蚀性，使锅炉管遭受腐蚀。本次爆管原因为维护保养不当，管内壁使用前已产生氧化腐蚀沉积物 Fe2O3，同时炉水中离子( 如 Cl－、H+) 侵入加快管内壁腐蚀速度，最终导致管爆破。
3.3 给水管道母材裂纹
振动是锅炉给水管道产生裂纹的主要原因之一。给水管道的振动通常是由于管道内部介质与管道发生了共振所引起，是介质流动时所产生的振动频率与管道自身的固有频率相互耦合所产生的结果。对于裂缝宽度介于0.2～0.5mm的表面裂缝，采用开槽填补法处理。修补前处理，在裂缝两侧沿着裂缝用风镐、风钻或人工将混凝土凿除开V型槽，开槽深度以看不到裂缝为止，开槽宽度上口为4cm。将槽内混凝土浮渣、灰尘等用风管清理干净，并保持槽内干燥。采用NE-Ⅱ型环氧砂浆填补，首先在槽内均匀涂刷环氧基液，待基液将要凝固之前填充环氧砂浆，并用小锤敲击密实。如开槽深度超过2cm，则需分层填充，每层填充厚度不超过2cm。需要分层填充的，待底部一层凝固后再涂刷环氧基液，填充环氧砂浆。填充满后表面应用钢抹抹平压光，与混凝土原表面保持平顺，必要时需要打磨平顺。
3.4 受压元件缺陷补焊适宜原则
对于管子因应力腐蚀、蠕变和疲劳等产生的大面积损伤不宜采用补焊方法处理。在减薄面积不大或换管条件不允许情况下可进行补焊修复，但应严格按照焊接相关规程做好补焊工艺评定，焊接工艺评定合格后编制焊接作业指导书，焊工应进行模拟练习，对于局部缺陷或焊缝局部缺陷宜采用机械方法消除，并在补焊前进行无损检测，确认缺陷已彻底消除后方可开展补焊作业。对于锅炉四管受热面的补焊，要求以氩弧焊补焊为主，并在补焊作业中着重控制焊接电压、电流及焊接速度，控制焊接线能量及热影响区，防止对母材产生过热伤害。在受压元件及其焊缝缺陷补焊后，应进行100%的无损检测，必要时进行金相检验、硬度检验和残余应力测定。补焊前后的检验报告、焊接工艺资料等应存档记录在案。
结束语
后墙水冷壁泄漏管位于后墙水冷壁与D7吹灰器密封盒角焊缝位置，裂纹由外壁角焊缝处萌发，从而向内壁扩展，裂纹大致平直。热影响区出现异常焊接组织，硬度高达HB347，超过标准要求焊缝硬度上限。鉴于锅炉水冷壁管失效原因分析，认为应加强同类型机组此处位置的排查，重点排查省煤器下降管是否挤压下部水冷壁管，若存在挤压情况，则可考虑将受挤压的2根水冷壁让位管向内壁方向避让或将穿墙孔处水冷壁让位管整体下移，以保证两者间有足够的间隙，避免相对位移造成管道膨胀受阻及水冷壁鳍片撕裂。
参考文献
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