某炉右包墙下集箱管座泄漏分析及处理措施

郑景河，张晓旭

（中国特种设备检测研究院，北京 100029）

随着现代大型火电企业的迅速发展，锅炉的运行参数相应提高，导致锅炉本体所承受的温度和压力也不断加大，承压部件易发生不同程度的损伤。集箱管座作为锅炉的重要部件，在锅炉运行中起着重要作用。一般来说，管座焊缝的工作条件恶劣，长期处于高温高压的工作环境中，很容易发生焊缝开裂的事故，严重时会发生泄漏事故和停炉，甚至造成人身伤亡。因此及时发现集箱管座裂纹和妥善处理管座泄漏尤为必要，研究集箱管座焊缝开裂的产生原因和机理、过程及发现方法，提出预防措施，对于锅炉安全运行有非常重要的意义。

本文中笔者以某厂2#锅炉右包墙下集箱管座泄漏案例进行失效分析，同时做出了相应的处理措施，以期避免此类事件的再次发生。

1 事故概况

2020年11月23日08点46分，通过数据监测系统发现，2#机组负荷360MW，通过测点能量棒图发现2#炉炉管泄漏装置中的25#测点显示异常升高，此时，集箱管座已开始发生泄漏。

2020年11月24日01点13分，2#机组负荷迅速下降，变成了260MW。机组运行人员通知2#炉炉管泄漏装置25#测点显示异常升高，要求设备部锅炉专业配合检查确认。经过系统检查，炉后右侧高省入口集箱处有明显泄漏声音。11月24日04点20分，办理紧急抢修单打开右侧高省人孔门，发现有明显的蒸汽泄漏声音，此时，向人孔门内深入φ32不锈钢管进行查漏，发现不锈钢管表面附着炉灰立即变成了泥，且确认泄漏方向为包墙右后角，向上级领导汇报申请停炉检修。

2020年11月24日05点39分，运行人员降负荷将压力观察运行。此时负荷为150MW，汽压12MPa，维持运行40h。

2020年11月25日23点55分，2#机组正式停运检修。本次事故从发现泄漏直至停运共运行约60h。

2 事故原因分析

通常，致使集箱管座焊缝出现裂纹包括温差应力、组织球化、应力集中三个主要因素。锅炉的集箱管座在工作过程中会承受来自各方面的应力，受力条件复杂，一旦焊缝技术条件达不到，长时间工作的锅炉就极有可能发生泄漏事故。此外，由于集箱管座焊缝的内部不容易观察到，往往在工作过程中会产生气孔等缺陷，这些缺陷往往需要通过超声波、磁粉探伤等技术手段来检测，如果不重视，那么，这些微小缺陷很容易在应力集中的条件下慢慢扩展，达到一定程度后在宏观上就表现为泄漏事故。为保障锅炉机组的正常运行，以上因素不容忽视。

经过技术人员的就地检查，发现右侧包墙下集箱后墙弯头管座泄漏，如图1所示。其中，6、7、8三根管座及集箱本体受损，6、7、8三根管座造成了泄漏，集箱本体冲刷为长约100mm、宽约13mm、深约20mm的冲刷槽。

图1 右侧包墙下集箱后墙弯头管座泄漏示意图

6号管座与集箱焊口（锅炉厂家制造焊口）内存在焊接缺陷，焊缝内存在较大气孔。管座泄漏点为原爆口，其直径约为2mm。6号管座在长期变负荷运行期间，以气孔为中心产生裂纹，裂纹贯穿后6号管座发生泄漏。发生泄漏的6号管座将对侧7号管座根部吹损泄漏。6号管座泄漏将8号管座与鳍片连接处吹损减薄后产生7个泄漏点，8号管座大量泄漏点对集箱本体冲刷对集箱本体造成了严重的损伤。

3 处理措施

通过相关技术人员的现场测量，发现6、7、8三个集箱管座均有大面积冲刷减薄的现象，而且它们的减薄量均达到了50%以上。这时候如果采用补焊工艺，将无法保证焊接质量，因此，不具备补焊条件，必须对以上产生泄漏的集箱管座进行更换。对于集箱本体，其冲刷深度约17m（原厚度为60mm），按照规范要求冲刷深度＜30%时可采用补焊工艺进行处理，因此按照焊接要求对集箱冲刷槽进行打磨再补焊即可。

所有焊接工作前对集箱本体进行火焰加热，确保焊接过程中集箱本体温度达到150℃，满足焊接要求。6道焊口均采用氩弧打底电焊盖面焊接工艺，最大限度减少焊渣进入集箱内部。

焊接完成后，对集箱本体及管座焊接焊口及焊口热影响区域进行热处理。利用火焰加热以上焊接，按照200℃/h温升率进行加热直至焊接区域至720℃以上迅速敷设保温棉进行保温，保温时间3h。缓冷结束后进行无损检测，受制于现场条件对集箱与管座3道焊口进行渗透检测，对管座与管道3道焊口进行超声波检测，检测合格后进行鳍片密封焊接，恢复现场保温。

4 整改防范措施

针对某厂目前发生过的集箱管座焊口失效而造成的泄漏事故进行分析，制定有针对性的检查计划，将集箱管座焊口无损检测纳入计划检修项目，同时应根据自身制造设备、人员等状况，重新对集箱管座进行焊接工艺评定，以确保焊接工艺的正确性。

在确认发生受热面泄漏时，应该及时向领导报告并申请停运锅炉，避免泄漏事故严重，从而延长检修周期和增加修理成本。

建议缩短锅炉运行周期或降低锅炉运行负荷，定期对锅炉进行全方位的检查。

严格控制尾部烟道此区域的烟气温度，确保此区域烟气温度＜490℃（此区域包墙管及集箱均为12Cr1MoVG材质，该材质有再热裂纹倾向，再热裂纹温度区间为640～760℃，贝氏体热影响区再热裂纹敏感性较高）。

锅炉运行时，相关人员应加强炉管泄漏装置画面监视，及时发现异常情况并上报，确保锅炉设备安全运行。

5 结语

本文对某厂一锅炉右包墙下集箱管座焊缝开裂而引发的泄漏事故进行了失效原因分析，发现6号管座在长期变负荷运行期间，以气孔为中心产生裂纹，裂纹贯穿后6号管座发生泄漏，这是导致管座泄漏的根本原因，发生泄漏的6号管座将7号和8号管座吹损使其泄漏。最后根据检查和分析结果，及时采取了更换集箱管座、补焊集箱等整改措施，同时根据技术要求对其进行了无损检测和热处理，从而解决了2#锅炉中存在的问题，消除了设备隐患。