循环流化床锅炉水冷壁管泄漏原因探讨--中国期刊网

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循环流化床锅炉水冷壁管泄漏原因探讨

发表时间：2021/6/22 来源：《基层建设》2021年第6期作者：王大鹏

[导读] 摘要：随着经济和科技的快速发展，超临界循环流化床锅炉同时兼备循环流化床锅炉清洁燃烧和超临界锅炉高效节能的优点，具有良好的应用前景，是洁净煤发电技术的合理选择。

        中化泉州石化有限公司福建省泉州市 362103
        摘要：随着经济和科技的快速发展，超临界循环流化床锅炉同时兼备循环流化床锅炉清洁燃烧和超临界锅炉高效节能的优点，具有良好的应用前景，是洁净煤发电技术的合理选择。随着循环流化床锅炉的升级换代，超临界循环流化床锅炉在各地陆续开工建设并投入运行。由于超临界锅炉水冷壁管管径小，鳍片较窄，加之现场作业空间限制，容易造成焊接质量问题，同时锅炉在调试期间机组启停频繁，快速、大幅度的负荷变化造成的应力会加快焊接缺陷的劣化，导致锅炉发生爆管。
        关键词：锅炉；水冷壁管；水压试验；开裂；夹渣
        引言
        某电厂锅炉高压辅汽加热管道连续发生因焊缝开焊引起的泄漏问题，分析认为高压辅汽加热管道泄漏主要是因为辅汽管道布置柔性不足，吸收膨胀能力不够。通过对辅汽管道的优化、改造，增加了管系柔性，避免了套管焊口因疲劳破坏产生裂纹再次发生泄漏。
        1设备概况
        某电厂锅炉为亚临界、一次中间再热、单汽包自然循环、露天布置循环流化床锅炉，单炉膛，炉内布置受热面，无外置床。锅炉整体支吊在锅炉钢架上，采用膜式水冷壁，炉膛内前墙布置有屏式过热器管屏和再热器管屏，后墙布置水冷蒸发屏。锅炉炉前布置给煤口，在前墙水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置。炉膛底部由水冷壁管弯制围成水冷风室，水冷风室两侧布置有一次热风道，从风室两侧进风。炉膛下部A侧和B侧的一次风道内分别布置有启动燃烧器，炉膛密相区水冷壁前后墙设置床上助燃油枪。排渣口布置在炉膛后水冷壁下部。炉膛与尾部竖井之间布置有3台汽冷式旋风分离器，其下部为U型阀回料器。回料器采用一分为二结构，由单独的高压流化风机供风。锅炉尾部竖井为双烟道结构，烟道上部由膜式包墙过热器组成，中间包墙将尾部竖井烟道一分为二。前烟道布置低温再热器，后烟道布置低温过热器。锅炉尾部竖井包墙向下，前后烟道合并成一个，装设烟气调节挡板，并布置鳍片管式省煤器和回转式空气预热器。过热器系统中设两级喷水减温器，再热器系统中设事故喷水减温器和微量喷水减温器。
        2原因分析
        高压辅汽加热管道一侧与高压汽包下降管分配管焊接，运行时此端随着下降管有较大的向下位移；另一侧与炉壳连接，位移为零。经具体管道应力分析可知，靠近高压汽包下降管分配管处局部二次应力较大，在锅炉长期运行后，尤其是机组因调峰频繁启停后，管系在冷热状态下的反复交变应力作用下出现反复塑性变形，并因塑性应变的反复累计而引起疲劳破坏，导致焊口产生裂纹并发生泄漏。机组冷态启动时，锅炉上水后，需投入辅汽加热系统。辅汽经由辅汽管道至高压汽包下水管左、中、右分配管，一路从分配管进入高压蒸发器模块，一路从分配管经下降管进入高压汽包，从而对锅炉受热面进行启动前预热。辅汽投入后，因汽水混合，管道极易发生振动，且振动强度大，持续时间约5～6h，直至机组启动完成。汽水混合引发的辅汽管道振动，振动强度大，持续时间长，加剧了辅汽管道焊缝的疲劳破坏，靠近高压汽包下降管分配管处应力最为集中，此处焊缝损伤程度最大，最易发生泄漏。综合以上分析，高压辅汽加热管道泄漏主要是因为辅汽管道布置柔性不足，吸收膨胀能力不够，此外，辅汽投入时，汽水混合引发的管道振动过大也是主要原因之一。泄漏管段化学成分、力学性能均满足相关标准要求，可排除材质不合格导致泄漏的可能。管段各不同位置取样向火面和背火面金相组织为铁素体+珠光体，组织仅出现轻度的珠光体球化，表明管段不存在长时过热。泄漏位置管段无明显的胀粗或减薄，泄漏口呈狭窄的裂缝，裂缝边缘壁呈钝边，该特征不符合短时过热爆管的特征，因此也可排除短时过热爆管的可能。泄漏位置除有氧化皮外，裂口表面及附近管壁未见有异常的腐蚀痕迹，可排除腐蚀泄漏的可能。

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对泄漏位置宏观检查也未发现明显的宏观焊接缺陷，且管子运行时间较长，因此也基本可以排除焊接的因素。
        3化学成分分析
        水冷壁管材料为２０Ｇ钢，水冷壁管采用冷拔制造工艺生产并进行了热处理。材料的化学成分是保证材料使用性能的前提，因此分别对新的水冷壁管和发生开裂的水冷壁管进行化学成分分析，水冷壁管化学成分符合ＧＢ／Ｔ　５３１０－２０１７《高压锅炉用无缝钢管》中对２０Ｇ钢的成分要求。从化学成分分析，水冷壁管母材和焊缝溶敷金属的化学成分均符合标准要求，排除管材和焊材错用材质的情况。
        4处理措施
        为确保机组供热安全，避免再次发生此类泄漏事件，对锅炉高压辅汽加热管道进行了改造，同时对冷态启动前辅汽投入进行严格控制。（1）在套管焊口处对裂纹周围进行打磨并做MT检查，检查无残余裂纹后进行电弧焊补焊，保证焊接质量，焊缝打磨光滑。（2）优化辅汽加热管道走向，通过延长相应直管段、增加门形弯、增大门形弯等方法增加管系柔性，以降低套管处二次应力。管道改造时用机械的方法打磨焊接部位，露出金属光泽，呈V型坡口，清洁焊接部位周围50mm范围内锈、油、漆及氧化皮等污物。焊接方法：氩弧焊打底，电弧焊盖面。（3）冷态启动前，投入辅汽加热系统时，手动控制辅汽至高压蒸发器电动门开度，适度减小辅汽流量，尽可能降低汽水混合引起的管道振动。水冷壁管化学成分及力学性能等材质质量符合标准要求，管子也不存在长时过热、短时过热或外壁高温腐蚀的情况；水冷壁管的泄漏原因为长期的温度不均产生的热应力和附加结构应力综合应力作用下引起的焊接熔合区的疲劳开裂，鳍片与母管焊接熔合区过渡不圆滑也促进了疲劳裂纹的形成和扩展。根据以上分析结论可采取以下措施以防止事件重发：总结在启停阶段和低负荷工况下管壁温度偏差规律，逐渐摸索出相应调整方法。同时严控超温超压运行，运行中如出现超温超压现象及时做好记录，以便为事故分析提供可靠的原始依据；后续加强对该区域水冷壁管鳍片焊缝的检查力度，对该区域的鳍片焊缝全部进行磁粉检测，一经发现裂纹立即更换处理。
        结语
        管子存在的原始缺陷未被发现，最终导致管子使用时失效开裂。此外通过检验与开裂管同批次管材，均未发现水冷壁管存在超标缺陷。此次更换的所有管子是同一批次管材但发生开裂的管子仅有１根，比例约为１％，检验结果符合标准要求，可以确认该开裂管为个别现象，具有一定的偶然性。由于水冷壁管子存在原始缺陷，锅炉进行水压试验升压过程中在内压力作用下，水冷壁管的裂纹扩展最终导致水冷壁管开裂。建议新购买的锅炉管材尽量进行１００％超声波探伤、涡流探伤、磁粉探伤等检验，避免类似事故的再次发生。降低了辅汽至高压汽包下水管分配管连接处的二次应力，避免了套管焊口因疲劳破坏产生裂纹而发生泄漏。将继续对照标准规范，吸收行业内的先进经验，不断优化完善检查检修措施，确保锅炉设备的可靠运行。
        参考文献：
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