某热电联产机组锅炉水冷壁结垢爆管案例分析

陈俊彬

（福建省鸿山热电有限责任公司，福建 泉州 362712）

某热电联产机组锅炉水冷壁结垢爆管案例分析

陈俊彬

（福建省鸿山热电有限责任公司，福建 泉州 362712）

火力发电厂锅炉受热面结垢是一种常见问题，对于供热机组而言，由于锅炉补水量大，一旦水质无法保障，就会出现受热面垢量快速上升的情况。受热面结垢不仅影响机组换热效率，而且容易导致水冷壁热疲劳爆管。文中就某供热机组锅炉水冷壁结垢爆管的案例进行详细讨论，分析水冷壁结垢爆管的机理和背后深层原因。

供热机组；螺旋水冷壁；热疲劳；结垢

1 事故经过

福建某电厂2台600MW锅炉系哈尔滨锅炉厂制造，其螺旋水冷壁采用规格为Ø38×7.3mm的15CrMoG钢管。2016年8月8日，#2锅炉四管泄漏监测系统泄漏报警，经技术人员现场检查后确认左侧螺旋水冷壁在C10吹灰器区域发生泄漏，停机处理。此次检修总共更换9根水冷壁管，包括1根泄漏管子，和附近8根被吹损的管子。

2 泄漏样管检测

2.1 宏观检查

图1 泄漏管子宏观检查

泄漏水冷壁管的宏观形貌见图1。该泄漏管上有两个泄漏点，泄漏点1在泄漏点2的上游，管内介质流向为从泄漏点1到泄漏点2。水冷壁管上的泄漏点1在向火面，有多条周向裂纹，由外壁向内壁裂透，但未穿过管间的鳍片。该处管壁没有明显塑性变形，见图1（a)，在该泄漏点管内壁发现严重的结垢。泄漏点2为轴向长条状爆口，爆口长约37mm，宽约5mm。泄漏点2附近管径明显胀粗成椭圆，管壁有减薄现象。泄漏点2外壁氧化皮厚约0.5mm，氧化皮上有轴向蠕变裂纹，见图1（b）。

2.2 化学成分分析

对泄漏管取样进行化学成分分析，结果见表1。

表1 爆管样品母材的化学成分 wt%

2.3 金相检查

截取泄漏点1裂口正中、裂纹尖端和远端，泄漏点2爆口正中、爆口尖端和远端进行金相检查，泄漏点远端向火面金相组织为铁素体+珠光体，珠光体3级球化，属于中度老化；背火面金相组织珠光体2级球化，属于轻度老化，见图2～图3。泄漏点1裂口正中和裂口尖端处金相组织均为铁素体+珠光体，珠光体2级球化，属于轻度老化。裂纹由表面向内部扩展，裂纹尖端圆盾有曲折，有台阶现象，裂纹内充满氧化产物，见图4～图5。泄漏点2爆口尖端金相组织为铁素体+珠光体+蠕变孔洞，珠光体3.5级球化，属于中度老化，组织因塑性变形被拉长，见图6。泄漏点2爆口正中金相组织为铁素体+珠光体+蠕变孔洞，珠光体4级球化，属于完全老化，组织因塑性变相被拉长，见图7。泄漏点2爆口处外壁氧化皮下有微裂纹，见图8，爆口处裂纹附近有密集蠕变孔洞，见图9。

图2 泄漏点1远端向火面的金相组织

图3 泄漏点1远端背火面的金相组织

图4 泄漏点1裂口正中处的金相组织

图5 泄漏点1裂纹尖端的金相组织

图6 泄漏点2爆口边缘处的金相组织

图7 泄漏点2爆口正中处的金相组织

图8 泄漏点2爆口处的显微组织

图9 泄漏点2爆口正中处的显微组织

2.4 拉伸性能试验

截取泄漏管与相邻管的管样加工成全壁厚纵向弧形拉伸试样，在CMT5205型微机控制电子万能试验机上进行拉伸试验，试验结果见表2。

2.5 检测结果分析

（1）送检失效管样宏观检查结果表明，泄漏点1为短窄条裂口，裂口处无明显塑性变形，管径无胀粗，壁厚无明显减薄。裂纹为周向裂纹，裂纹发展方向与主应力方向垂直，裂纹从外壁向内壁裂透，裂纹具有热疲劳热裂纹的特点。泄漏点2为长条状爆口，爆口处有明显塑性变形，管径有胀粗，壁厚有明显减薄。外壁氧化皮较厚，氧化皮上有蠕变裂纹，说明该处管材具有长时过热特征。

（2）对失效水冷壁管的化学成分分析结果表明，该管样化学成分符合GB 5310-2008要求。

（3）对失效水冷壁管的金相分析结果表明，泄漏点1处金相组织球化最严重处为3级，属于中度球化，该处未发现相变组织，说明该处存在长时过热。裂纹尖端圆盾，裂纹内充满氧化产物，裂纹尖端的扩展曲折且有台阶，说明该裂纹由来已久，具有交变热应力引起的热疲劳裂纹特征。泄漏点2爆口处金相组织为铁素体+碳化物+少量珠光体，珠光体4级球化，未发现相变组织，组织被拉长，说明该处存在长时过热。爆口处外壁的氧化微裂纹说明外壁因过热产生氧化损伤缺口，是该处爆管的裂纹源，裂纹附近有密集蠕变孔洞。

（4）送检失效管子和临近未失效的管子常温拉伸试验结果说明，两根送检管子常温机械性能符合使用要求。

3 泄漏原因分析

3.1 直接原因分析

从宏观和金相检查结果看，漏点1具有典型的热疲劳特征，是由于管内结垢造成管壁热疲劳后开裂泄漏；漏点2具有典型的长时超温特征，是由于管内流量不足造成管子过热超温爆管；

该水冷壁管泄漏点1处因管内局部结垢严重，管壁热阻大大增加，造成局部管壁过热，且管壁温度随附近烟气温度大幅波动，产生热疲劳损伤开裂。泄漏点1先裂透，管内介质流量减少，造成其下游泄漏点2因介质流量减少过热，外壁产生氧化蠕变损伤而爆管。

3.2 深层原因分析

该电厂#2机组为热电联产机组，设计给水流量1965t/h，日常供热量长期在500t/h左右，因此补水量巨大，大大超出常规电厂化学系统的补水能力，一旦水质出现波动，很容易造成水冷壁结垢。本次抢修后对泄漏区域水冷壁送样检测结果表明，泄漏管子结垢量达到800g/㎡以上，附近管子结垢量也高达400g/㎡以上，分别超过标准值的4倍和2倍。因此，超大的供热量和配套能力相对不足的化学系统是本次水冷壁结垢和爆管的深层原因。

4 解决对策

（1）为解决化学系统配套能力不足的问题，该公司在化学系统中增设了超滤反渗透装置，大大提高了锅炉补水的水质。

（2）2017年该公司结合机组检修对锅炉进行了酸洗，清除省煤器、水冷壁内壁结垢，不仅提高了锅炉热效率，同时可以有效防止水冷壁结垢造成的爆管。

[1]范从振.锅炉原理[M].北京:中国电力出版社,1986.

[2]孙勇.火力发电机组锅炉水冷壁结垢的分析及诊断[J].应用能源技术,2016.

Case Analysis of Scaling and Explosion of Boiler Water Wall in a Cogeneration Unit

CHEN Jun-Bin
(Fujian Hongshan Thermoelectric Co., Ltd. Quanzhou 362712, Fujian, China)

The scaling of boiler heating surface is a common problem in thermal power plants. For the cogeneration unit, the water supply of the boiler is very large, When the water quality is not up to standard, there will be a rapid increase of in the scale of the heating surface. The scaling of the heating surface not only affects the heat exchange ef fi ciency of the unit, but also leads to thermal fatigue explosion of water wall. This paper discussed the scaling and explosion of boiler water wall in a heat supply plant, and the mechanism and underlying reasons of fouling and explosion in water wall.

Cogeneration unit; Spiral water wall; Thermal fatigue; Scaling.

2017-09-05

陈俊彬，男，福建省鸿山热电有限责任公司，生产策划部锅炉专业主管，高级工程师