亚临界300MW机组锅炉水冷壁爆管原因分析

亚临界300MW机组锅炉水冷壁爆管原因分析
摘要：水冷壁是锅炉的主要蒸发受热面。

一旦发生水冷壁爆管而导致停炉，就
直接影响发电、供热任务，因此掌握水冷壁爆管原因及预防是极其必要的。

针对
锅炉水冷壁管发生爆管事故进行原因分析，提出了改进防范措施。

关键词：亚临界；水冷壁；蒸发；受热面；爆管；
某亚临界300 MW 机组SG-1025/ 17.4-M847 锅炉额定给水温度为277，额定
过热蒸汽出口温度为540，出口压力为17.31 MPa，水冷壁内螺纹管规格为d 60 mm @ 8 mm，材料为20G。

该机组因水冷壁爆管共起、停操作6 次，严重影响机
组安全经济运行。

一、亚临界300MW机组锅炉水冷壁爆管原因分析
锅炉水冷壁爆管泄漏的原因是多方面因素综合造成的，造成水冷壁管泄漏而
被迫停炉。

第一次泄漏发生在水冷壁管与扁钢的角焊缝处，第二、三次泄漏发生
在水冷壁管的对接焊缝处，管子泄漏处在焊缝形成多条轴向裂纹，部分裂纹贯穿
水冷壁管，造成泄漏。

1.破口宏观形貌。

查阅了泄露水冷壁管安装过程中对接焊缝的焊接、无损检
测等有关资料，结论为合格，未发现异常。

从爆管宏观形貌来看，爆管形貌符合
热疲劳裂纹特征，进而可以判定炉管的失效方式为热疲劳失效。

进一步分析认为，锅炉受压部件表面由于急剧加热和冷却产生冲击热应力，如果塑性材料表面热应
力超过屈服点，且经过多次交变，将会导致疲劳裂纹而失效。

热疲劳裂纹的发生
和发展是由于管子表面温度突然大幅度变化，致使管壁局部区域产生很大的温度
梯度，很大温度梯度会产生巨大的热应力，当幅度足够大的交变热应力作用在材
料上时，经过多次交变，材料将发生热疲劳开裂，且开裂的时间和热应力交变幅度、频率有关。

热应力交变幅度越大，开裂所需的交变次数越少，时间也越短。

对发生泄漏的水冷壁管及其焊缝进行光谱分析，对泄漏管段取样，进行显微组织
金相分析。

焊缝金相组织存在裂纹为泄漏点的延伸轴向裂纹。

母材组织为铁素体
+珠光体，焊缝组织为铁素体+粒状贝氏体+少量珠光体，母材与焊缝金相组织均
正常，未见材质劣化现像。

泄漏的水冷壁管因其壁温高于相邻的水冷壁管，其热
膨胀量应大于相邻水冷壁管，但由于受到膜式壁的约束，内部产生的相互作用力
即温差应力，沿管壁随膨胀方向释放。

在释放过程中温差应力与其他应力（如内
压引起的应力、焊接应力等）产生叠加作用，当应力超过材料的承载极限（抗拉
强度）时，在水冷壁的薄弱区域即对接焊缝处，产生焊接接头的轴向裂纹，裂纹
在应力作用下扩展，直至贯穿水冷壁，造成泄漏。

停炉时，冷态的水冷壁管又基
本复原，故冷态状况下正常目视无明显塑性变形。

锅炉正常运行中水冷壁管内介
质在相同工况下其吸收热量的大小与介质流量成正比，介质流量的大小又与水冷
壁管内截面积有关。

泄漏的水冷壁管随锅炉负荷的增加，管内介质带走了更多的
热量，在相同管径下与其他水冷壁管壁温相比较，表现为温差与工况成反比，说
明泄漏的水冷壁管其管内截面积要小于正常水冷壁管内截面积，泄漏的水冷壁管
内疑有异物堵塞，且未被异物完全堵塞。

2.超温。

一般来说，水墙的壁温不高，在大多数情况下，加热表面是安全的。

但是，如果不适当调整燃烧，或者锅炉水的质量不好，就有可能使管道过热。

如
果炉内的燃烧发生在水冷壁附近，则该区域的热负荷将会非常高，这往往会导致
水壁渣被渣化。

随着区域水冷壁汽化中心的致密，可以在管壁上形成连续膜，使
膜沸腾。

当第一种传热变质发生时，管壁温度突然升高，导致温度过高。

3.腐蚀。

炉管腐蚀主要是烟气流动在管壁腐蚀，特别是燃烧高水分、高硫煤、和气体腐蚀引起的外墙由于经常接触，所以水冷壁管及管外腐蚀管道的硫沉积，
衬底附近的边是黑色的沉积物密切结合。

在正常情况下，水壁管的内壁覆盖了一
层三氧化铁保护膜，以保护其不受腐蚀。

如果水的pH值超过标准，保护膜就会
被破坏。

研究表明，pH值为9~10时，保护膜最稳定，腐蚀最小。

当pH值过高时，容易发生碱性腐蚀。

当pH值过低时，会引起酸腐蚀。

4.磨损。

一是这些粒子已经磨损了。

当燃烧器的安装角度偏离设计条件或设
计燃烧中心的圆太大，煤粉的浓度高和大风速和冷壁管引起的冲刷水冷壁的磨损
在高负载。

在燃烧过程中，由于氧气量不足，燃烧不充分，燃烧时间长，烟气中
的颗粒直接冲刷了水冷壁，导致了水管壁的破坏。

二是烟灰吹穿。

在单元操作过
程中必须通过吹灰来降低水冷壁温度，防止水墙面积和热交换结焦的效果。

与此
同时，蒸汽煤灰的磨损伴随着吹气次数的增加，从而导致了水冷壁的过度磨损，
从而导致了管道事故的发生。

三是在水冷壁的工作过程中，由于空气动力场的不
稳定性和不适当的燃烧组织，管壁被烧毁。

墙体的磨损将由不适当的焦炭去除或
炉渣本身的自落引起。

如果存在严重的问题，锅炉焦炭的现象将会破裂并爆裂。

二、预防水冷壁爆管的对策
1.运行方面。

一是运行人员应精心操作，以防止燃烧，热负荷，风速过高，
过度集中的火焰偏转，燃烧烟气温度偏差的问题，应该密切关注锅炉管泄漏检测
装置的信号特点，结合声音的操作参数和细致的分析。

二是锅炉在低负荷运行或
大负荷变化时，必须严格控制炉管的金属壁温度，严格禁止锅炉过热过压，保证
锅炉安全稳定运行。

三是混合煤的不合理燃烧会导致水墙灰分沉积增加。

这将不
可避免地导致吹灰数量的增加。

在不影响机组安全运行的前提下，结合实际情况，尽量减少吹灰的次数。

四是在吹灰之前，吹灰器应该是疏水的。

吹灰器的压力应
控制在允许值的下限。

如果吹灰效果得到保证，将减少蒸汽对水冷壁管的损失。

2.检修方面。

一是利用临时检修和定期检修的机会，积极组织专业技术人员
进行层层排查，发现问题及时处理。

特别对锅炉水冷壁冷灰斗、炉膛短吹、燃烧
器附近区域等可能发生磨损和腐蚀的部位要重点检查，并做好检查、检修记录。

二是采取换管或焊补处理后，要进行100% 金属无损检测，对焊口、焊补部位进
行缺陷检查，发现问题及时处理。

三是在吹灰器、燃烧器附近的水冷壁管处加装
防磨装置或者涂抹耐磨材料以减少对水冷壁管的磨损。

四是采用更加耐磨耐高温
的新型管材，彻底更换易发生磨损区域的水冷壁管。

五是采用更加先进的脉冲声
波吹灰技术，彻底消除蒸汽吹损。

3.预防。

通过锅炉水冷壁管泄露事故可以看出，造成此次事故的直接原因是
锅炉安装过程中遗留在水冷壁管中的一段圆钢，减少了水冷壁管内介质流通面积，锅炉运行过程中介质吸热大大减少造成温差应力。

一段圆钢引起超临界锅炉几次
停炉，造成很大的经济损失。

此类事故应引起新锅炉安装过程中安装单位、监理
单位、建设单位的足够重视。

安装单位应加强工艺纪律，特别是在一些封闭后无
法进一步检查的部位施工时，一定要在封闭前确认内部质量，完善各类签证。

监
理等单位应加强日常监督、巡查工作，对各类签证一定要从严把关，现场见证。

提高基建工程质量，保证电站设备的安全稳定运行。

电厂机组水冷壁爆管事故严重影响着发电企业的经济效益，威胁着电网的安
全稳定运行，分析研究水冷壁爆管原因并查找发现水冷壁爆管隐患，以及从运行、检修方面采取的一系列预防措施将有利于减少水冷壁爆管事故，从而保障了机组
安全稳定运行。

水冷壁爆管在发电厂运行中是严重事故，会直接导致停炉，给发
电厂的经济运行造成重大损失，通过分析水冷壁爆管的原因，吸取事故教训，制定了相关的防范措施，值得同类型机组的电厂借鉴。

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[6]徐文胜，朱伟军，徐开东．一起工业锅炉水冷壁爆管事故的分析和处理[J]．特种设备安全技术，2011，（5）.
作者简介：
作者：马冰，性别：男，民族（汉族默认不写）汉族，出生年月19890409，籍贯（精确到市）辽宁省阜新市，学历（精确到具体学历）硕士研究生，毕业院校：辽宁工程技术大学，职称（详细职称）工程师，现就职于：阜新发电有限公司，研究方向：火电厂集控运行，工程师，电力电子与电力传动专业，硕士研究生学历，现从事火电厂集控运行工作。