某热电公司9号炉水冷壁爆管原因分析及处理措施

　　1设备简介

　　河北某热电公司9号锅炉系东方锅炉厂生产的DG1025/17.4-Ⅱ12型、亚临界参数、四角切圆燃烧、自然循环、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、半露天布臵、全钢构架的∏型汽包炉。

　　2事件经过

　　2021年10月10日09时30分,锅炉点检员巡检设备发现9号炉3号角E层燃烧器观火孔附近存在泄漏声，怀疑水冷壁泄漏。16时20分，异响声音增大，同时对比同工况给水流量较主蒸汽流量增大30t/h，判定为水冷壁泄漏。为降低设备损坏程度，申请停机临修。10日18时50分向中调申请停机。23时30分机组开始滑停，11日02时25分机组解列，锅炉放水投快冷。12日07时05分，“9号炉炉本体消缺”热机一种工作票开工，脚手架搭设，9号炉水冷壁管检查及更换泄漏的水冷壁管工作开始。

　　3 消缺情况

　　更换原始泄漏的水冷壁管1根及其相邻被吹损的管3根，换管长度为3000mm，并对泄漏点周围水冷壁管检查，未见吹损痕迹及鼓包迹象。

　　4 原因分析

　　4.1设备概述

　　9号炉为东方锅炉厂所设计DG1025/17.4-Ⅱ型锅炉，于2009年12月投入商业运行。锅炉水冷壁为全焊接式膜式水冷壁，水冷壁管规格为63.5×7.5，材质为SA-210C，节距为76.2mm，最近一次检修时间为：2021年4月29日至6月17日，工期50天。

　　4.2 泄漏点分析

　　现场水冷壁管泄漏共计3根，为2021年5月份机组A级检修中更换的新管段，位于前墙水冷壁标高29米右数第139、140、141根。泄漏点共计6处，分别为右数第139根1处、右数第140根4处、右数第141根1处。

　　宏观检查：前墙右数第140根存在胀粗鼓包现象，胀粗鼓包部位最大值73.5mm(原始管径63.5mm)，胀粗值15.7%，远大于《火力发电厂金属技术监督规程》(DL/T438-2016)9.3.19规定3.5%，鼓包的顶端存在破口，破口长约15mm，宽约6mm，破口粗糙，边缘为不平整钝边，不锋利，破口内外壁周边在沿管子轴向均存许多细小裂纹，破口内壁周边存在较为严重的氧化皮，且破口处管壁厚度减薄，破口边缘呈脆性特征，从宏观可见爆口具有长期过热特征。右数第139、141根泄漏点表面有吹损形成的深坑，泄漏处无胀粗及外扩性破口。经分析确认前墙水冷壁右数第140根泄漏点为第一泄漏点。

　　4.2.1 管段内壁情况检查

　　本次共计割管四根，分别为右数第138(渗铝螺纹管)、139(非渗铝管)、140(渗铝管)、141根(非渗铝管)，内壁检查发现：渗铝管内壁存在大量垢渣及氧化皮，而非渗铝管内壁光滑。

　　4.2.2 金相取样情况

　　右数第140(渗铝)、141(非渗铝)根距爆口中心点上100mm距离各取一段管段进行金相组织对比分析，金相组织基本一致，右数第140根爆口管抗拉性能平均值490.96Mpa，符合ASMESA210/SA210M-2010《锅炉和过热器用无缝中碳钢管子》要求抗拉强度≥485Mpa。

　　4.3 化学垢量分析

　　取泄漏点周边四根水冷壁管段进行化学垢量分析，结果如下：

　　右数第138根(渗铝管)向火侧354.38g/㎡;

　　右数第139根(非渗铝管)向火侧60.15g/㎡;

　　右数第140根(渗铝管)向火侧549.68g/㎡;

　　右数第141根(非渗铝管)向火侧41.16g/㎡。

　　渗铝管向火侧垢量均大于《火力发电厂锅炉化学清洗导则》(DL/T794-2012)要求的250g/㎡。

　　4.4 鼓包泄漏原因分析

　　热负荷高区域水冷壁发生鼓包的原因一般为4种：

　　4.4.1 给水水质不合格，杂质进入锅炉，受热面结垢影响换热;对比渗铝管和非渗铝管垢量情况，可排除因水质不合格，受热面结垢影响换热的原因。

　　4.4.2 火焰扫墙，造成水冷壁管长期过热。扫墙区域温度很高，使得水冷壁金属表面产生较大的温度梯度，若管内介质冷却能力不足，会直接导致水冷壁超温。

　　现场观察胀粗爆管相临近管道，均未出现过热鼓包迹象，从金相组织分析，机械性能合格，可排除此原因。

　　4.4.3 水冷壁管内介质流量不足，管内有焊渣或者沉积物等异物，降低了管内介质流速，加剧了传热恶化，造成管子因强度不足而发生过热。通过切开爆口管段的下弯头查看，未发现异物堵塞，内窥镜检查水冷壁下联箱，未发现异物堵塞入口管段，可排除此原因。

　　4.4.4 管壁内部表面状态不良，传热不足。表面状况不良的管段更易积垢，加剧传热恶化。对右数第140根内壁情况进行检查，发现内壁存在大量氧化皮及水垢，局部氧化皮厚度已达0.6mm，可判断：因渗铝管内壁存在氧化皮，传热恶化，导致水冷壁管局部管壁超温形成鼓包。

　　4.5 渗铝管内壁形成氧化皮原因分析

　　渗铝钢的生产方法有热浸渗铝、粉末渗铝、感应渗铝、气相渗铝、料浆渗铝和镀铝等。

　　河北某热电公司9号机组锅炉2021年大修中更换的水冷壁管，采用热浸铝法渗铝工艺，查阅《钢铁热浸铝工艺及质量检验》JB/T9206-1999标准，热浸铝工艺过程通常为：经除油、除锈和表面预处理后，浸入740℃左右的纯铝液中处理8至10min，取出后甩光，即得热镀铝样品。经上述处理的样品，在900至980℃的加热炉中保温4h至6h，进行退火扩散处理，即得渗铝样品。

　　其过程中的表面预处理亦称助镀，是渗铝件的关键步骤。除锈后钢件露出的活性金属表面在空气中极易氧化，一旦产生氧化，不但不能浸上铝，而且也无法进行扩散，从而产生漏渗。热浸时必须保持这个活性面与铝液接触，以保证铝原子直接渗到基体中去。在热浸铝前对活性表面加以保护，在其表面产生一层钝化保护膜。热浸时，此膜很快溶解，又露出原来的活性表面，以便热浸铝。但如果除油除锈后，水冷壁管内表面没有经过适当的表面预处理就进行热浸铝，则在其后的步骤尤其是扩散渗铝步骤中，易产生较厚的氧化铁皮。

　　4.6 检修工艺分析

　　2021年5月份A级检修期间，订购的水冷壁鳍片渗铝管到厂验收后，在使用前均进行了内壁喷砂除锈处理。但水冷壁管长度8m、内径Φ48.5mm，喷砂除锈工艺仅能对水冷壁管两端2米左右起到良好的除锈效果，中间部分除锈效果不佳，造成更换到锅炉上的水冷壁管内壁局部可能存在氧化皮。

　　综上，此次9号炉水冷壁鼓包泄漏的直接原因为：采购的水冷壁鳍片渗铝管的渗铝工艺不当，造成水冷壁管内壁存在较厚氧化皮，喷砂工艺受管径限制不能完全消除内壁氧化皮，运行中传热恶化，导致水冷壁管局部管壁超温形成鼓包泄漏。

　　5 暴露问题

　　5.1 经统计，河北某热电公司9、10号炉自投产至今，已经更换上的鳍片渗铝管分别为1528段、1934段，在运渗铝管段内壁可能存在氧化皮，因此，公司9、10号炉锅炉水冷壁目前存在局部过热鼓包泄漏风险。

　　5.2 专业技术人员对喷砂处理后管内覆盖喷砂的范围和长度不清楚，没有发现喷砂工艺无法覆盖全部管段缺点。

　　5.3 管材到厂后及使用前，虽然对水冷壁管材进行了喷砂除锈处理，但受喷砂除锈工艺限制，不能有效将氧化皮处理干净。

　　5.4 专业技术人员技术水平不足，未意识到管材存在氧化铁皮缺陷对后续运行的严重影响。

　　6 防范措施

　　6.1制定锅炉酸洗方案，对9、10号锅炉水冷壁进行酸洗，消除氧化皮造成锅炉泄漏隐患。

　　6.2 重新制定防止水冷壁高温腐蚀措施，放弃高温渗滤技术路线，结合公司实际情况比较“超音速喷涂”、“冷喷涂”和“激光喷涂”等多种技术，选择最合适的技术。

　　6.3 加强水冷壁管材的验收，杜绝内壁存在氧化皮的水冷壁管入厂。

　　6.4 加强水冷壁换管过程跟踪，针对新更换的水冷壁管，打口焊接前，逐根检查新管内壁情况，存在氧化皮的管段严禁使用。

　　6.5 结合检修对锅炉水冷壁进行全面检查，重点检查高负荷区域水冷壁的鼓包情况，做好金相组织及化学垢量分析，掌握锅炉水冷壁管的劣化趋势。

　　7 结束语

　　自9号炉水冷壁爆管原因找到后，热电公司组织专业技术人员对其他锅炉的水冷壁管逐一进行了检查和改造，各台锅炉的水冷壁的健康水平得到了提高，近年来再没有发生类似事件，热电公司的安全生产得到了保障。

　　参考文献

　　[1] .1号周文专.锅炉水冷壁爆管原因分析及改造[J].电力安全技术.200806-39

　　[2] 陈立明炉水冷壁管高温腐蚀原因分析及对策[J].电力安全技术.200901-9-10

　　[3] 李彦林.锅炉水冷壁爆破原因分析[J].新疆电力技术.2000-07

　　[4] 黄峥彬.130t/h锅炉水冷壁爆管原因分析及处理[J].热电电力技术.2007-08