某熱電公司9號爐水冷壁爆管原因分析及處理措施

　　1設備簡介

　　河北某熱電公司9號鍋爐系東方鍋爐廠生產的DG1025/17.4-Ⅱ12型、亞臨界參數、四角切圓燃燒、自然循環、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固態排渣、半露天布臵、全鋼構架的∏型汽包爐。

　　2事件經過

　　2021年10月10日09時30分,鍋爐點檢員巡檢設備發現9號爐3號角E層燃燒器觀火孔附近存在泄漏聲，懷疑水冷壁泄漏。16時20分，異響聲音增大，同時對比同工況給水流量較主蒸汽流量增大30t/h，判定為水冷壁泄漏。為降低設備損壞程度，申請停機臨修。10日18時50分向中調申請停機。23時30分機組開始滑停，11日02時25分機組解列，鍋爐放水投快冷。12日07時05分，“9號爐爐本體消缺”熱機一種工作票開工，腳手架搭設，9號爐水冷壁管檢查及更換泄漏的水冷壁管工作開始。

　　3 消缺情況

　　更換原始泄漏的水冷壁管1根及其相鄰被吹損的管3根，換管長度為3000mm，并對泄漏點周圍水冷壁管檢查，未見吹損痕跡及鼓包跡象。

　　4 原因分析

　　4.1設備概述

　　9號爐為東方鍋爐廠所設計DG1025/17.4-Ⅱ型鍋爐，于2009年12月投入商業運行。鍋爐水冷壁為全焊接式膜式水冷壁，水冷壁管規格為63.5×7.5，材質為SA-210C，節距為76.2mm，最近一次檢修時間為：2021年4月29日至6月17日，工期50天。

　　4.2 泄漏點分析

　　現場水冷壁管泄漏共計3根，為2021年5月份機組A級檢修中更換的新管段，位于前墻水冷壁標高29米右數第139、140、141根。泄漏點共計6處，分別為右數第139根1處、右數第140根4處、右數第141根1處。

　　宏觀檢查：前墻右數第140根存在脹粗鼓包現象，脹粗鼓包部位最大值73.5mm(原始管徑63.5mm)，脹粗值15.7%，遠大于《火力發電廠金屬技術監督規程》(DL/T438-2016)9.3.19規定3.5%，鼓包的頂端存在破口，破口長約15mm，寬約6mm，破口粗糙，邊緣為不平整鈍邊，不鋒利，破口內外壁周邊在沿管子軸向均存許多細小裂紋，破口內壁周邊存在較為嚴重的氧化皮，且破口處管壁厚度減薄，破口邊緣呈脆性特征，從宏觀可見爆口具有長期過熱特征。右數第139、141根泄漏點表面有吹損形成的深坑，泄漏處無脹粗及外擴性破口。經分析確認前墻水冷壁右數第140根泄漏點為第一泄漏點。

　　4.2.1 管段內壁情況檢查

　　本次共計割管四根，分別為右數第138(滲鋁螺紋管)、139(非滲鋁管)、140(滲鋁管)、141根(非滲鋁管)，內壁檢查發現：滲鋁管內壁存在大量垢渣及氧化皮，而非滲鋁管內壁光滑。

　　4.2.2 金相取樣情況

　　右數第140(滲鋁)、141(非滲鋁)根距爆口中心點上100mm距離各取一段管段進行金相組織對比分析，金相組織基本一致，右數第140根爆口管抗拉性能平均值490.96Mpa，符合ASMESA210/SA210M-2010《鍋爐和過熱器用無縫中碳鋼管子》要求抗拉強度≥485Mpa。

　　4.3 化學垢量分析

　　取泄漏點周邊四根水冷壁管段進行化學垢量分析，結果如下：

　　右數第138根(滲鋁管)向火側354.38g/㎡;

　　右數第139根(非滲鋁管)向火側60.15g/㎡;

　　右數第140根(滲鋁管)向火側549.68g/㎡;

　　右數第141根(非滲鋁管)向火側41.16g/㎡。

　　滲鋁管向火側垢量均大于《火力發電廠鍋爐化學清洗導則》(DL/T794-2012)要求的250g/㎡。

　　4.4 鼓包泄漏原因分析

　　熱負荷高區域水冷壁發生鼓包的原因一般為4種：

　　4.4.1 給水水質不合格，雜質進入鍋爐，受熱面結垢影響換熱;對比滲鋁管和非滲鋁管垢量情況，可排除因水質不合格，受熱面結垢影響換熱的原因。

　　4.4.2 火焰掃墻，造成水冷壁管長期過熱。掃墻區域溫度很高，使得水冷壁金屬表面產生較大的溫度梯度，若管內介質冷卻能力不足，會直接導致水冷壁超溫。

　　現場觀察脹粗爆管相臨近管道，均未出現過熱鼓包跡象，從金相組織分析，機械性能合格，可排除此原因。

　　4.4.3 水冷壁管內介質流量不足，管內有焊渣或者沉積物等異物，降低了管內介質流速，加劇了傳熱惡化，造成管子因強度不足而發生過熱。通過切開爆口管段的下彎頭查看，未發現異物堵塞，內窺鏡檢查水冷壁下聯箱，未發現異物堵塞入口管段，可排除此原因。

　　4.4.4 管壁內部表面狀態不良，傳熱不足。表面狀況不良的管段更易積垢，加劇傳熱惡化。對右數第140根內壁情況進行檢查，發現內壁存在大量氧化皮及水垢，局部氧化皮厚度已達0.6mm，可判斷：因滲鋁管內壁存在氧化皮，傳熱惡化，導致水冷壁管局部管壁超溫形成鼓包。

　　4.5 滲鋁管內壁形成氧化皮原因分析

　　滲鋁鋼的生產方法有熱浸滲鋁、粉末滲鋁、感應滲鋁、氣相滲鋁、料漿滲鋁和鍍鋁等。

　　河北某熱電公司9號機組鍋爐2021年大修中更換的水冷壁管，采用熱浸鋁法滲鋁工藝，查閱《鋼鐵熱浸鋁工藝及質量檢驗》JB/T9206-1999標準，熱浸鋁工藝過程通常為：經除油、除銹和表面預處理后，浸入740℃左右的純鋁液中處理8至10min，取出后甩光，即得熱鍍鋁樣品。經上述處理的樣品，在900至980℃的加熱爐中保溫4h至6h，進行退火擴散處理，即得滲鋁樣品。

　　其過程中的表面預處理亦稱助鍍，是滲鋁件的關鍵步驟。除銹后鋼件露出的活性金屬表面在空氣中極易氧化，一旦產生氧化，不但不能浸上鋁，而且也無法進行擴散，從而產生漏滲。熱浸時必須保持這個活性面與鋁液接觸，以保證鋁原子直接滲到基體中去。在熱浸鋁前對活性表面加以保護，在其表面產生一層鈍化保護膜。熱浸時，此膜很快溶解，又露出原來的活性表面，以便熱浸鋁。但如果除油除銹后，水冷壁管內表面沒有經過適當的表面預處理就進行熱浸鋁，則在其后的步驟尤其是擴散滲鋁步驟中，易產生較厚的氧化鐵皮。

　　4.6 檢修工藝分析

　　2021年5月份A級檢修期間，訂購的水冷壁鰭片滲鋁管到廠驗收后，在使用前均進行了內壁噴砂除銹處理。但水冷壁管長度8m、內徑Φ48.5mm，噴砂除銹工藝僅能對水冷壁管兩端2米左右起到良好的除銹效果，中間部分除銹效果不佳，造成更換到鍋爐上的水冷壁管內壁局部可能存在氧化皮。

　　綜上，此次9號爐水冷壁鼓包泄漏的直接原因為：采購的水冷壁鰭片滲鋁管的滲鋁工藝不當，造成水冷壁管內壁存在較厚氧化皮，噴砂工藝受管徑限制不能完全消除內壁氧化皮，運行中傳熱惡化，導致水冷壁管局部管壁超溫形成鼓包泄漏。

　　5 暴露問題

　　5.1 經統計，河北某熱電公司9、10號爐自投產至今，已經更換上的鰭片滲鋁管分別為1528段、1934段，在運滲鋁管段內壁可能存在氧化皮，因此，公司9、10號爐鍋爐水冷壁目前存在局部過熱鼓包泄漏風險。

　　5.2 專業技術人員對噴砂處理后管內覆蓋噴砂的范圍和長度不清楚，沒有發現噴砂工藝無法覆蓋全部管段缺點。

　　5.3 管材到廠后及使用前，雖然對水冷壁管材進行了噴砂除銹處理，但受噴砂除銹工藝限制，不能有效將氧化皮處理干凈。

　　5.4 專業技術人員技術水平不足，未意識到管材存在氧化鐵皮缺陷對后續運行的嚴重影響。

　　6 防范措施

　　6.1制定鍋爐酸洗方案，對9、10號鍋爐水冷壁進行酸洗，消除氧化皮造成鍋爐泄漏隱患。

　　6.2 重新制定防止水冷壁高溫腐蝕措施，放棄高溫滲濾技術路線，結合公司實際情況比較“超音速噴涂”、“冷噴涂”和“激光噴涂”等多種技術，選擇最合適的技術。

　　6.3 加強水冷壁管材的驗收，杜絕內壁存在氧化皮的水冷壁管入廠。

　　6.4 加強水冷壁換管過程跟蹤，針對新更換的水冷壁管，打口焊接前，逐根檢查新管內壁情況，存在氧化皮的管段嚴禁使用。

　　6.5 結合檢修對鍋爐水冷壁進行全面檢查，重點檢查高負荷區域水冷壁的鼓包情況，做好金相組織及化學垢量分析，掌握鍋爐水冷壁管的劣化趨勢。

　　7 結束語

　　自9號爐水冷壁爆管原因找到后，熱電公司組織專業技術人員對其他鍋爐的水冷壁管逐一進行了檢查和改造，各臺鍋爐的水冷壁的健康水平得到了提高，近年來再沒有發生類似事件，熱電公司的安全生產得到了保障。

　　參考文獻

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作者：劉紀元