锅炉水冷壁爆管原因分析及解决措施

锅炉水冷壁爆管原因分析及解决措施
发布时间：2021-09-23T03:27:35.850Z 来源：《当代电力文化》2021年第14期作者：尚李超
[导读] 针对煤粉锅炉在运行过程中出现的水冷壁爆管事故
尚李超
华电新疆发电有限公司昌吉分公司新疆 831100
摘要：针对煤粉锅炉在运行过程中出现的水冷壁爆管事故，从锅炉运行飞灰磨损、水冷壁管屏和炉膛蒸汽吹灰等各方面进行原因分析，全面对炉膛蒸汽吹灰器附近区域的水冷壁管壁进行壁厚测量，制定相应的换管和喷涂处理等检修措施，保证锅炉的安全稳定运行。

关键词：水冷壁磨损；爆管；吹灰器；防磨；壁厚
引言
水冷壁是发电厂锅炉的主要受热面部分，由数排钢管组成，布置在燃烧室四周。

内部为流动的水或蒸汽，外部接受锅炉炉膛火焰的热量。

水冷壁的主要作用为吸收燃烧室的辐射热，使水受热而产生饱和蒸汽；保护炉墙，减少熔渣和高温对炉墙的破坏；同时水冷壁还起悬吊炉墙的作用。

1工程概况
某厂4#、5#、6#锅炉是我单位锅炉480t/h的循环流化床锅炉，锅炉东、西两墙是237根（宽度：18120），南北两墙是98根（7492），水冷壁管Φ51×5，炉膛布风板以及布风板往上到标高14555是浇注料区域，之后间隔800是第一道防磨梁、间隔1000是第二道防磨梁、间隔1200是第三道防磨梁，每道防磨梁宽度是120，三道防磨梁之间用的是金属喷涂用来防磨，也就是说这“三道防磨梁+金属喷涂”是用来防止水冷壁管磨损的方法和措施，平时锅炉停炉常规测厚这三道防磨梁间隔3m区域的区间测厚都在4.6~5.0之间，不过在锅炉运行的过程中，6#炉频繁发生爆管都是在炉膛后墙（东墙）第三根防磨梁之上（标高17555~23555之间），炉膛后墙标高17555往上6m左右存在磨损现象，而且还存在偏磨现象，水冷壁中心线北侧的水冷壁管偏向北侧出口烟道磨损，水冷壁中心线南侧的水冷壁管偏向南侧水平烟道磨损，4#炉停炉、5#炉停炉也存在这个现象最低点是3.6，大部分都是在（3.8~4.2）这个区间，足以可见后墙受到了磨损，原来设计的煤粉的发热量是5000大卡，现在变成了4200大卡左右。

2水冷壁管检验检测分析
2.1取样分析
截取水冷壁高温区中段 ６０ｍｍ×５ｍｍ×５００ｍｍ的失效水冷壁管共５根，作进一步的检验分析。

为查明水冷壁管不同失效形貌、水与材质变异和腐蚀产物的关系，分别在水冷壁爆管孔洞处和鼓包处取样进行材料化学成分、金相组织和腐蚀产物能谱分析。

2.2目视检测法分析
6#锅炉发生水冷壁爆管事故后经检查发现，其爆口位置处于自西向东的第11根水管，之后对该部位进行了取样试验，具体采用目视检测的方法进行观察，详细记录获得的信息，具体内容如下：首先，锅炉水冷壁后墙管排爆管的外表面上残留着一层黄褐色的炉渣层。

其次，爆裂事故使得水冷壁后墙管排爆管出现了严重的塑性形变，通过人手触摸可知，管道已经开始出现脆化。

再次，结合对水冷壁后墙管排爆管的试验观察可知，其不同部位均出现了程度各异的呈纵向分布的裂缝积极厚壁状的爆裂口，其断面较为粗糙。

再次，在爆破的作用下，锅炉水冷壁后墙管排爆管试样被挤压为L形态。

最后，在水冷壁后墙管排爆管试样的内表面发生了氧化现象，形成了一层厚度较大、偏脆性的深色氧化层，部分氧化物已经出现龟裂现象。

2.3垢样分析
从爆管的单管样分析中，发现管内已结1mm的垢。

还存在严重的垢下腐蚀现象。

从后墙割下的双管样也发现有垢下腐蚀迹象，且水冷壁鼓包处也有结垢及腐蚀现象。

从后墙割下的水冷壁双管大部分管内积垢厚度为0.2~0.3mm，还有少部分管内发现有不均匀片状结垢，厚度约为1mm左右，并且在局部地方出现了垢下腐蚀的现象。

2.4金相分析
对位于燃煤锅炉水冷壁高温区上、中、下３段的爆裂壁管试样进行初步金相组织分析，在向火面径向截面观察到微裂纹。

进一步的金相组织分析表明，上、中、下３段水冷壁管内部微裂纹和母材金相组织基本一致。

依据《火电厂用２０号钢珠光体球化评级标准》综合判断，高温区各管段样品向火面材料的球化级别为４级中度球化。

2.5理化检验分析
在完成锅炉水冷壁后墙管排爆管的取样之后，对其进行了化学成分分析，并对出现爆裂的水冷壁后墙管排爆管管线进行了等级确认。

结合化学成本分析结果来看，发生爆裂的水冷壁后墙管排爆管的成分组成完全符合《高压锅炉用无缝钢管20G锅炉钢》（GB5310）条文中剔除的要求。

其主要成本包括P、C、Mn、Si、S等集中，其中占比最高的为Mn，为0.50%，占比最低的为S，为0.005%。

2.6扫描电镜形貌及能谱分析
用扫描电子显微镜对水冷壁管穿孔处的形貌和附着物进行观察，可见穿孔附近内壁被腐蚀产物覆盖，表面有脱落现象，在穿孔处向火面内壁附近可见大量孔洞，孔洞主要呈圆形和长条形，大部分孔洞边缘呈圆滑状，部分孔洞尖端有开裂趋势，局部孔洞尖端开裂并贯穿连接成裂纹。

能谱分析显示穿孔向火面内壁表面覆盖产物主要为铁的氧化物，主要元素为Fe，O，C，Cu等。

2.7拉伸试验
对两根水冷壁管向火面和背火面分别制进行室温拉伸试验，试验结果显示水冷壁管的抗拉强度、下屈服强度均满足ASMESA-210/SA-210M标准要求。

3锅炉水冷壁爆管事故发生的原因分析
管道在经过长期运行之后内部出现了沉积层。

结合管内垢样分析结果来看，在锅炉水冷壁后墙管排爆管内部的沉淀层中包含了许多不应该存在的物质，且随着运行时间的不断增长，沉淀层的厚度会越来越大，同时其中堆积的污垢也变得越来越多，必然会对管子的换热产生一定的影响。

此外，管道的石墨化现象也是因污垢过度堆积造成的。

应力的不断增加最终会超出管道的承受力，发生爆管事故。

其次，
锅炉自身原因造成的爆管。

在检验分析过程中，对锅炉进行了热力计算，并将计算结果和其他锅炉进行了对比，最后发现，锅炉水冷壁和下集箱接口的内径仅为40mm，这会导致水冷壁后墙管排爆管上部分管段的沸腾度不断提高。

同时，通过对现场的观察发现，锅炉水冷壁后墙管排爆管出现爆管的位置多集中在锅炉水冷壁的最上方，其原因在于锅炉水冷壁后墙管排爆管在运行的过程中会360°全面受热，与此不同的是，锅炉其他区域的受热仅为180°，导致爆管事故多发生于上方。

4水冷壁管爆管原因分析与处理措施
据燃煤锅炉水冷壁管爆裂的检验检测分析和原因分析，制定的处理措施主要包括，严格控制水质。

根据水质分析合理排污，尤其是在实施定期排污操作时，要将开启阀门的时间控制在３０ｓ以内，切勿超时且关闭后才能再开启下一个阀门，杜绝多阀门同时开启排污，以免破坏水循环造成水冷壁管过热而爆管。

利用锅炉大修和中修时机定期切割水冷壁管试样，对试样进行结垢量分析和预判，当水冷壁结垢量大于４００ｇ／ｍ２时，立即安排进行锅炉炉管化学清洗。

正常运行中，确保锅炉负荷超过７０％，避免低负荷长时间运行。

当水质发生异常或突变时严格控制锅炉排污，尤其要注意对定期排放的调整，以避免开启定期排放置换水质而破坏水循环。

正常运行情况下，合理调节一次、二次风量，确保锅炉火焰无偏烧。

同时定期进行锅炉燃烧工况的热态调试，调整火焰四角切圆燃烧。

避免发生火焰偏移冲刷水冷壁管，造成水冷壁管长期处于过热状态。

结束语
导致爆管的原因为。

水质极差的循环冷却水漏至尿素冷凝液中，使全厂冷凝液受到污染，导致锅炉给水的氢电导率、杂质阴阳离子严重超标，最终造成水汽系统水质严重恶化，引起爆管。

将尿素冷凝液切出水汽系统后，水汽系统的Cl-、SO42-、NO3-、Na+含量均降至GB/T12145-2016的要求范围内，除铁含量和过热蒸汽氢电导率仍偏高外，其余指标均符合要求。

参考文献
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