金华市特种设备检测中心 浙江省金华市金东区 321000
摘要：目前我国经济和工业水平发展十分快速，水冷壁管高温腐蚀区域易产生横向裂纹，严重威胁电站锅炉的安全稳定运行，造成严重的经济损失。近年来，水冷壁高温腐蚀区横向裂纹引发亚临界锅炉水冷壁爆管事故，最终导致非计划停机事故。锅炉水冷壁高温腐蚀区的横向裂纹产生因素较多，如锅炉启停、水质、运行控制等。由于横向裂纹产生机理及扩展原因复杂，现场检验检测条件有限。因此，当前急需加强对电站锅炉水冷壁高温腐蚀区横向裂纹产生、扩展原因及应对措施的研究工作。在壁温波动导致的热疲劳应力和高温的共同作用下，管样向火面外壁边缘可见内壁扩展的穿晶型裂纹，裂纹内部充满腐蚀产物，最终导致水冷壁管泄漏。
关键词：水冷壁管；横向裂纹；高温腐蚀
引言
针对锅炉水冷壁管管径小、有节流孔的特点，在管道更换过程中制定了详细施工方案和严格的质量标准，并由专业人员全程监督签字鉴证，确保更换过程中的管道清洁和焊接工艺的正确实施。机组运行以来，未出现水冷壁管节流孔堵塞超温及管道新焊缝泄漏事件，是一次水冷壁管更换检修工艺和方法的成功探索，对于水冷壁管更换检修具有重要的指导作用。特别是对于小管径、有节流孔的水冷壁管有着更高要求。经过长期的工作实践，通过对锅炉发生缺陷的原因作出合理分析，加强对锅炉“四管”缺陷进行有计划、有针对性的治理改造，强化防磨防爆工作组织管理，优化检修方法等措施，可以使管道锅炉受热面损坏、泄漏事故得到有效控制。
1锅炉水冷壁出现变形及拉裂的原因
（1）锅炉在启动及低负荷工况。超临界W型火焰锅炉在运行和负荷较小的状况下，仅有一些燃烧器与磨煤机在工作，然而，因为锅炉的架构比较独特-炉膛比较宽，为此致使横向热负荷分布特别不匀称，导致了锅炉水冷壁的热偏差较大，也是造成锅炉水冷壁出现拉裂泄漏的本质因素。（2）锅炉变负荷工况。超临界锅炉，是利用对煤水比的管控来达成负荷的变动的，W型火焰锅炉内的燃烧器，是前墙与后墙匀称布设的，进到炉膛的燃料量产生很大变动时，需将磨煤机切掉。另外，可磨系数数值较小的无烟煤，一般运用钢球磨煤机，而新使用的磨煤机内部的筒中存在之前所剩的煤粉，在运行过程中，煤粉会快速流到炉膛然后燃烧，导致燃烧器周边的水冷壁局部的热负荷较大。这就影响了炉膛水平方向上热负荷的均匀性，会致使热偏差较大，极易造成水冷壁出现拉裂的现象。（3）锅炉干湿态转换时超温。超临界W型火焰锅炉中，水冷壁管内部最上端为液体，最下端为蒸汽，中间部位是水和蒸汽的混合物，工质的相变点地点，伴随负荷的变动而变动。因为蒸汽与水的密度有一定差异，在同根水冷管中，工质流量会依据各个时刻负荷的变动而产生变化，同时，会导致水冷壁的温度产生变动，致使水冷壁壁管热应力产生变化，出现金属疲劳，在气体与液体两相区，同种压力差下，同个组别的热负荷和水冷壁管架构是相同的，然而，每根水冷壁管的流量有一定差异，为此流量比较小的壁管较易产生温度超出要求的问题。
2采取的措施
2.1水冷壁横向裂纹和高温腐蚀应对措施
（1）加强焊接过程管控，并对焊接过程中导致横向裂纹扩展严重的管子进行重新更换，焊接严格控制对接焊口的间隙、小电流等措施，尽最大可能减少焊接热应力，降低焊接热应力对高温腐蚀区水冷壁管的影响，防止原裂纹扩展。（2）结合机组检修，加强对高温腐蚀区水冷壁管的防磨防爆检查，一经发现横向裂纹，条件允许时尽可能对其进行更换。（3）机组深度调峰时，应将升降负荷的频率控制在合理区域，避免急升急降。在停炉时应采取“闷炉”最大幅度减小温度下降速率，以减少拉应力对水冷壁管子的损伤。
（4）机组启炉阶段，可每小时记录一次锅炉膨胀量，为分析膨胀是否受阻提供依据。（5）通过燃烧调整等措施尽可能避免或减少水冷壁高温腐蚀。新版DL/T612第13.5.4条款：加强锅炉燃烧调整，改善贴壁气氛，避免高温腐蚀。锅炉采用主燃烧区过量空气系数低于1.0的低氮燃烧技术时，应加强贴壁风气氛监视，C级及以上检修时应检查锅炉水冷壁管壁高温腐蚀情况。（6）避免长期燃用硫含量偏高的煤种。综上所述，该水冷壁管表面裂纹属于典型的横向典型，是轴向交变应力作用下产生的热疲劳裂纹，腐蚀介质的存在加速了热疲劳裂纹的扩展。与单纯的热疲劳不同，腐蚀疲劳不存在疲劳极限，与无腐蚀时材料的正常疲劳极限相比，腐蚀会在较小应力和较少循环周次时加速疲劳失效，并常引起多条平行裂纹同时扩展，最终会导致水冷壁管沿周向断裂失效。
2.2检修施工要求
（1）旧管拆除流程：定位→使用火焊将下部管口预制坡口鳍片修割到位→手动切割机将下部管口切断，对断口覆盖铝板保护→其次切割上部管口、→吊出需更换管屏、→在下部管口用水溶纸封堵（注意塞入不能太深）→打磨干净管口切割后遗留的环状铁皮并取出、→取出易溶纸（需将夹杂在易溶纸中的铁皮、颗粒等杂物要一起取出）→用专用塑料堵头封闭。（2）管屏下部坡口制备过程：取出封闭在管口的塑料堵头→用水溶纸封堵→坡口制备→焊口内、外壁打磨、除锈、→取出易溶纸（需将夹杂在易溶纸中的铁皮、颗粒等杂物要一起取出）→用专用塑料堵头封闭。（3）断口覆盖铝板保护后，如果周边动用火焊，铝板上方覆盖保温棉防铝板高温烫破或断口内易溶纸高温烫化，颗粒杂物等落入管内。（4）水冷壁新管应在组合和安装前进行外观检查、光谱材料确认及吹扫通球，按要求通球合格后应及时封闭，并做好记录，办理签证。（5）对口。管排具备对口焊接条件时，取下堵头，如果采用易溶纸封堵时，需使用吸尘器对管口内的细小异物进行清理后取出易溶纸，根据焊接要求重新塞入适量易溶纸，配制好的新管在现场使用一定压力的压缩空气进行吹扫，经见证认可后方可开始焊接。
2.3锅炉水冷壁设计及安装的合理性
由于水冷壁中间集箱可以起到平衡压力及对上水冷壁工质进行再次的分配功能，对水冷壁中间过渡集箱选择合理的安装位置，锅炉制造商在进行锅炉设计时，取消原有的单根混合集箱，在上、下炉膛之间采用中间集箱进行全混合，可以有效地解决因吸热及流量不均而导致的出口工质温度偏差问题，与过渡集箱相比，在稳定运行时，上部水冷壁出口壁温偏差可降低10～15℃，非正常运行的情况下，温度偏差也可减小30～40℃。在进行安装时，由专业的焊接人员严格地按照焊接工艺进行操作，保障焊缝的质量。刚性梁的安装也严格地按照施工图纸进行，以保障安装主梁符合设计的要求。
结语
切口位置确认并划线：焊口位置应便于焊接。对换管的切口位置进行打磨：将喷涂层除尽；打磨厚度控制在0．5mm以内；打磨长度在废弃侧打磨10mm，保留侧长度为30mm；打磨喷涂层的磨光片不得再用于坡口的制作打磨。采用机械切口方式；下部管口切好后即用团状可溶性纸堵好，同时戴好管帽；同一位置同一平面的切口高度一致。只有通过制定严密的组织、实施措施，实实在在地投入人力、物力和精力，才能切实提高锅炉“四管”防磨防爆检查、检修工作的质量，预防和控制泄漏事件，切实保障发电机组的安全稳定运行。
参考文献：
[1]赵兴华. 国产超临界W型火焰锅炉水冷壁拉裂防范实践探讨[J].电力系统装备， 2018（12）：68-69.
[2]李铁， 冉燊铭， 盛佳眉等. 600MW超临界W型火焰锅炉水冷壁开裂原因初探及对策[J]. 东方电气评论， 2018.