水冷壁爆口特殊形态解析
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作者: 刘峰 尹全胜
摘要：发电厂“四管泄漏”是影响电站机组安全、经济运行的重大隐患之一，防止四管泄漏是是电厂保证机组安全稳定运行的首要任务。通过对某电厂水冷壁爆管的爆口特殊形态分析对比，查找原因提出相应的预防措施。
关键词：水冷壁 爆管 蠕变速度
1 水冷壁爆管
某电厂水冷壁管爆管泄漏，经检查在锅炉水平烟道折焰角处，发现位于末级再热器下方前排折焰角水冷壁（SA210C Φ63.5X7）吊挂管向后400mm处，第24根水冷壁管 爆口直径约25mm。
2 事故原因分析
2.1 本次爆口形态解析
由于爆口形态特殊，送至山东电科院检测，电科院专家对送检的爆口管道和附近冲刷管道进行了金相分析，检验结论是两根管材金相组织均为球化2级，组织正常，没有发现微观缺陷裂纹等。
2.1.1 从照片爆口宏观特征和金相分析看，本次爆管不属于超温爆管，从电科院金相检验结果推断，管材本身不存在缺陷，爆管后，锅炉电检员对本次水冷壁爆管附近进行了宏观检查没有发现第二个泄漏点。
2.1.2 在检查中发现第25根管上部距爆口（第24根）部位200mm处密封焊接处有凹痕（4.8mm），属于管子本身缺陷（有可能是密封焊接过程中电焊误碰使管子损伤）。当管子表面被气焊（电焊）碰伤后，在管子表面形成类似圆锥形的坑，管子在锥尖强度最薄弱处爆开，蒸汽沿着圆锥形边沿喷射就形成这种形态特殊的爆口。
2.2 长期过热引发锅炉爆管解析
锅炉受热面管在长期高温下运行时，主要承受蒸汽压力形成的对钢管的切向应力。当水冷壁管在正常的设计参数（温度、压力）下运行时，钢管以数量级的蠕变速度发生正常的径向蠕变。但当钢管处于长期超温工况时，由于运行温度的提高，即使钢管所受的应力不变，钢管也会以加快了的蠕变速度而发生管径胀粗。蠕变速度的加快程度与超温的温度水平有关。随着超温幅度的提高，蠕变速度也会增加若干倍。随着超温运行时间的增加，管径就越胀越粗大，逐渐在各处产生晶间裂纹；晶间裂纹的继续积聚并扩大就成为宏观轴向裂纹，最后以比正常温度正常压力下小得多的运行时间而开裂爆管。
2.2.1 长期过热爆管的宏观特征
爆口断面粗糙不平，爆口处无明显减薄，附近管子有轻微胀粗，外壁氧化皮较厚，呈土褐色，常附有结渣，并伴有与管子爆口平行的纵向裂纹。
2.2.2 长期过热爆管的组织变化情况
对珠光体类型管子，在爆口及附近管段出现珠光体严重球化、珠光体形态消失、碳化物在晶界上呈链状分布，可观察到明显的晶间蠕变裂纹。对碳钢管子还有石墨化现象；对贝氏体类型管子则有碳化物在原奥氏体晶界上呈链状分布，可观察到明显的晶间蠕变裂纹。
2.3 短期过热引发锅炉爆管解析
锅炉受热面管子在运行过程中，由于冷却条件的恶化等原因，使部分管壁温度在短时间内突然上升，以至达到钢的临界点以上的温度。在这样高的温度下钢的抗拉强度急剧下降，管子发生大量的塑性变形，管径胀粗，管壁减薄，随后产生剪切断裂而爆破。
2.3.1 短期过热爆管宏观特征
爆口断面锋利，爆口处明显减薄，附近管子胀粗明显，外壁光滑,爆口张口较大，呈喇状。
2.3.2 短期过热爆管组织变化情况
对低合金珠光体耐热钢来说，短期过热一般会引起组织中的相变，金相组织会出现贝氏体甚至马氏体。
3 防范措施
3.1 加强运行管理和实验研究
3.1.1 严格控制各受热面管壁参数，加强运行监视，对于特殊工况时的超温状态提前采取办法尽量避免，严禁人为超温调整的发生。
3.1.2 重视受热面的吹灰工作，保证其正常、定期投入，避免因积灰产生烟气走廊，引起热偏差和造成局部磨损。
3.1.3 重视相关的试验工作，尤其炉内动力场实验等要符合实际。
3.1.4 视停炉后的的受热面保护工作，采用有效的停炉保护措施。
3.2 加强检修管理，提高检修手段
3.2.1 加强受热面检查，尤其是烟气走廊、结构不合理布置、超温过热、变形异常等重点部位，必须深入、细致，做到点滴不漏。
3.2.2 提高检修手段，利用检修机会，对易磨损部位加装、补充防护板，更换掉落、变形的护铁，减少烟气的冲刷；对定位不佳的管子、护卡或夹块等进行固定或调整等。
3.2.3 保证检修质量，作到应修必修，修必修好。对检修项目实行三级验收，不合格的坚持返工处理，坚决不留后患。
3.2.4 将消防水引至水平烟道处，利用停炉机会对、折焰角全面水冲洗，并检查焊口、密封板区域管排有无硬伤等情况。
3.2.5 积极和厂家联系沟通有关水平烟道积灰问题，是否可以将原脉冲吹灰改为蒸汽吹灰器，并提出改进方案。
3.3 加强金属监督工作
3.3.1 安装、检修中确保管材质量、材质等符合规定；管子的检验、实验等项目不能走形式；对存在蠕变、老化等现象的管材，应要求有鉴定报告、处理意见、强化实施；对异常现象及时分析处理，总结事故情况，积累资料，为更有效地减少“四管“爆漏提供技术依据。
3.3.2 加强焊工的培训，严格执行检修规程，合理确定检修工艺，确保焊接质量等。
4 结论
机组安装时，在泄漏管子附近密封焊接过程中气焊（电焊）误碰使管子损伤，致使管子局部减薄，机械强度下降，在机组冷热启停及运行中，管子受到外部热应力和管内介质的压力作用下，造成后期管子泄漏。在机组安装或检修过程中，严格执行检修工艺，进一步提高焊工的焊接水平，加强过程监督，保障设备安全稳定运行。
参考文献:
[1]程绍兵等.《大容量锅炉高温受热面超温失效原因及对策》广东电力，2004年1月.
[2]陶增毅.《电厂金属材料》水利电力出版社1986年5月第一版.
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