某电厂水冷壁爆管原因分析

供稿|黎军保 / LI Jun-bao

某电厂使用上海某锅炉厂生产的型号为SG-1139/25.4-M4401燃煤汽包锅炉，为超临界参数变压直流炉——单炉膛，四角切圆燃烧，一次中间再热，平衡通风，半露天布置，固态排渣，全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。通过168 h试运行后水冷壁发生爆管。下部螺旋水冷壁材质为15CrMoG，规格为φ32 mm×5.5 mm。显减薄，且有大量平行于爆口的小裂纹。经扩大检查发现，冷灰斗水冷壁前墙与右侧墙夹角（#4角）标高8 m有三根水冷壁管有泄漏，见图2，该处有三个独立的泄漏口（图中①、②、④所示位置）和一个泄漏区域（6个集中的泄漏口，图中③的所示位置），各个区域相互吹损严重，且中间的一根与#3角标高28 m爆口管为同一根。

现场情况

#2锅炉四管泄漏装置报警，现场检查发现水冷壁#3角有异音。经确认为#3角E层燃烧器上部约1.5 m螺旋水冷壁向火侧爆管，标高约28 m，靠近观察孔位置。停炉后检查#3角标高约28 m水冷壁有一根爆管，另有三根吹损泄漏，有三根管子吹损减薄，形状见图1。图1中，过热爆口从一侧向另一侧撕开，钝边，表面发黑，爆口及附近明显涨粗，壁厚无明

图1 #3角标高28 m爆口管

图2 #4角标高8 m泄漏爆管形貌

实验检测

宏观检测

对#4角标高8 m泄漏区域试样进行了测厚和宏观检查。图3中区域1有明显减薄，测厚最薄约为1.6 mm。泄漏口①处靠近区域1，泄漏口边缘很薄，附近光滑。区域2管子表面基本已成一个平面，壁厚减薄，有砸伤的痕迹。鳍片与管子焊接多处存在咬边、焊缝不均匀等问题。

图3 #4角标高8 m泄漏区域宏观检测

材质复核

水冷壁管标称材质为15CrMoG。GB5310—2008“高压锅炉用无缝钢管”要求，15CrMoG成分为：C：0.12～0.18，Si：0.17～0.37，Mn：0.40～0.70，Cr：0.80～1.10，Mo：0.40～0.55，P：不大于0.025，S：不大于0.015。使用合金分析仪对水冷壁管、焊缝、鳍片、爆口管等试样进行了材质复核，所检测元素成分与设计相符。

拉伸试验

从距离#3角标高28 m爆口上游约500 mm取样进行拉伸试验。按照GB5310—2008要求，15CrMoG抗拉强度为：440～640 MPa。实际测量的抗拉强度分别为555 MPa、565 MPa、535 MPa，符合标准要求。

金相组织

在#3角爆管最大截面处、#3角爆管处上游约500 mm处、图3中#4角泄漏口①处取样进行金相检查。

#3角爆口组织为:铁素体+贝氏体，为超温后的相变组织（15CrMoG相变温度Ac1为745℃），见图4；背火侧组织为：铁素体+珠光体，组织无异常，见图5。

#3角爆管处上游约500 mm向火侧组织为：铁素体+珠光体，组织无异常，见图6；背火侧组织为：铁素体+珠光体，组织无异常，见图7。

图4中#4角泄漏口①处向火侧组织为：铁素体+珠光体，组织无异常，见图8；背火侧组织为：铁素体+珠光体，组织无异常，见图9。

图4 #3角爆口边缘金相组织

图5 #3角爆口背火侧金相组织

图6 #3角爆管处上游约500 mm向火侧金相组织

图7 #3角爆管处上游约500 mm背火侧金相组织

图8 #4角泄漏口①处向火侧金相组织

图9 #4角泄漏口①处背火侧金相组织

原因分析

(1) #3角标高28 m水冷壁爆管为短期过热爆管，造成该处爆管的原因是#4角冷灰斗水冷壁前墙与右侧墙夹角处标高8 m的三根水冷壁管泄漏。因介质流失及泄压的作用，使得泄漏位置上方的水冷壁管介质的流动出现流速减缓、停滞，水冷壁管基本失去介质冷却，从而管壁急剧超温，当温度超过相变温度（15CrMoG相变温度Ac1为745℃）时，向火侧金相组织发生转变，管径严重胀粗，迅速爆开。

(2) 图3中区域1位置似磨损，厂内技术人员扩大检查范围，将#1角、#2角、#3角、#4角拐角区域全部测厚和宏观检查，结果表明其他类似部位未见减薄和明显磨损，基本可排除区域1因磨损减薄而泄漏的可能。

(3) 由于图2中泄漏处相互吹损严重，难以判断第一泄漏点的具体位置以及泄漏的直接原因，造成泄漏的原因可能为：原材存在制造缺陷，如夹层、砂眼等；现场焊接不良产生缺陷，如裂纹、未融合、未焊透、夹杂、夹渣、气孔、咬边等；泄露区及附近鳍片上有孔洞（如吊装孔未焊好、保温棉固定板未焊好等）导致漏风，在该处产生旋流加速管子磨损。

结束语

造成水冷壁#3角标高28 m爆管的原因为：#4角冷灰斗水冷壁前墙与右侧墙夹角标高8 m的三根水冷壁管泄漏，其上方的水冷壁管冷却介质不足，在#3角标高28 m产生短时超温爆管。#4角冷灰斗水冷壁前墙与右侧墙夹角标高8 m泄漏，由于现场管子之间相互吹损严重，无法判断第一泄漏点的具体位置以及泄漏的直接原因，造成泄漏的原因可能为：原材存在制造缺陷、安装焊接质量不良、鳍片上孔洞漏风导致的管子非正常磨损。建议：所有发生泄漏的管子，进行全面检查，以免其他位置出现过热、鼓包等现象;必要时对现场安装的鳍片焊缝进行检查;更换受热面管前进行涡流探伤。