火力发电厂锅炉水冷壁泄漏的原因分析及对策研究

成海军

东方电气集团东方锅炉股份有限公司 四川成都 611731

1 锅炉水冷壁泄漏的原因分析

某电厂锅炉于2000 年1 月投产，系国内某锅炉厂设计制造的亚临界参数、一次中间再热、单汽包、自然循环、固态排渣的煤粉锅炉。日前，锅炉右侧墙，标高24 米处的水冷壁管发生泄漏，泄漏前炉水pH 值约在9.2-9.5 之间。水冷壁管的设计材料为SA-210C，规格为Φ76×9，管内介质的设计温度为350℃，工作压力为18MPa。截至本次泄漏，已累计运行约12 万小时。

将泄漏的水冷壁管段取样，对泄漏口纵剖，宏观形貌特征如图1 所示。①泄漏点位于管子向火面焊缝处，呈长方形，长约21mm，宽约14mm（图1a）。②管子内壁金属表面上产生凹凸不平的腐蚀坑（图1b），腐蚀坑处出现黑褐色腐蚀产物（图1c）。③焊缝内表面错口（图1d），根部未焊满（图1e），最深约为2mm。④泄漏口附近管子外壁存在密集的周向裂纹，裂纹呈楔形由外壁向内壁扩展，裂纹内存在腐蚀产物（图1f）。

图1 泄漏处宏观形貌

图2 金相组织

对泄漏管段纵剖面进行金相检测，用600# 金相砂纸打磨，然后采用金刚石抛光剂对试样进行机械抛光，使用4%硝酸酒精溶液（每100ml 溶液中：分析纯硝酸4ml、无水乙醇96ml）进行浸蚀，浸蚀后用无水乙醇清洗，并用吹风机吹干。最后使用Axio Vert A1金相显微镜对金相组织进行观察，并参照标准DL/T674-1999《火电厂用20 号钢珠光体球化评级标准》对珠光体进行球化评级，检测结果如下。泄漏口边缘的金相组织为铁素体和碳化物，珠光体形态消失，碳化物呈球状分布于铁素体晶界与晶内，珠光体球化评级5 级（图2a）；距泄漏口边缘5mm 处金相组织为铁素体、珠光体和碳化物，珠光体内的碳化物呈球状聚集在晶界上，珠光体球化评级3-4 级（图2b）；距泄漏口边缘10mm 处金相组织为铁素体、珠光体和少量碳化物，珠光体内的碳化物呈球状聚集在晶界上，珠光体球化评级3 级（图2c）；距泄漏口边缘15mm 处金相组织为铁素体和珠光体，珠光体形态明显，珠光体球化评级1-2 级，存在周向裂纹，可见裂纹呈楔形由外壁向内壁扩展，裂纹内存在腐蚀产物（图2d）

2 锅炉受热面管泄漏的防范对策

为切实抓好火力发电厂锅炉四管受热面的防磨防爆管理，尤其是管子的补焊作业质量管理，认真吸取此次水冷壁管爆漏的经验教训，在管子爆漏原因分析的基础上特提出以下防范对策与措施：①按《火力发电厂锅炉受热面管监督检验技术导则》，锅炉水冷壁管段减薄超过设计壁厚的30%时，及时更换管道。管道减薄但未超过设计壁厚的30%时，确保剩余壁厚应满足运行至下一个检修期强度计算所确定的最小需要壁厚，否则应及时更换。②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[1-2]。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。③对于锅炉承压重要部件的更换、焊接，要做好金相检验、焊接质量及无损检测的跟踪检查和规划，做到材料正确、工艺规范、焊接质量合格，掌握金属组织、性能变化和缺陷发展情况，提前判断，及时处理，把隐患消灭在萌芽状态。④切实抓好锅炉四管受热面防磨防爆管理。在发电机组停机检修期间，要按照标准要求认真落实防磨防爆检查，要严把四管受热面检修质量关，确保检修工艺和检修质量达标；要注意深入分析设备缺陷和故障的特点，找出缺陷和故障的根本原因，提出解决问题的防范措施，并认真吸取经验教训，不断提高设备维护和检修的质量。⑤加强锅炉汽水品质的监测与调整，确保汽水品质合格达标，并注意定期割取受热面管子检查其内壁的腐蚀、结垢、积盐情况，对超标的按行业规定开展化学清洗，避免受热面管产生垢下氢腐蚀，防止发展为氢脆。⑥加强锅炉四管受热面金属监督的技术监督和指导，尤其要抓好受热面管子的焊接工艺和质量把控，确保锅炉运行安全稳定[3]。

3 结语

管子内壁腐蚀不是造成管子泄漏的原因，但大量内壁腐蚀坑的存在会造成管子减薄，并导致腐蚀坑部位产生较大的应力集中。因此，应优化锅炉水质，减少腐蚀源。如控制补给水和凝结水质量，减少炉水中腐蚀性介质的含量，做好停用炉的保护。