1設(shè)備簡介
河北某熱電公司9號鍋爐系東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG1025/17.4-Ⅱ12型、亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒、自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固態(tài)排渣、半露天布臵、全鋼構(gòu)架的∏型汽包爐。
2事件經(jīng)過
2021年10月10日09時30分,鍋爐點檢員巡檢設(shè)備發(fā)現(xiàn)9號爐3號角E層燃燒器觀火孔附近存在泄漏聲，懷疑水冷壁泄漏。16時20分，異響聲音增大，同時對比同工況給水流量較主蒸汽流量增大30t/h，判定為水冷壁泄漏。為降低設(shè)備損壞程度，申請停機臨修。10日18時50分向中調(diào)申請停機。23時30分機組開始滑停，11日02時25分機組解列，鍋爐放水投快冷。12日07時05分，“9號爐爐本體消缺”熱機一種工作票開工，腳手架搭設(shè)，9號爐水冷壁管檢查及更換泄漏的水冷壁管工作開始。
3 消缺情況
更換原始泄漏的水冷壁管1根及其相鄰被吹損的管3根，換管長度為3000mm，并對泄漏點周圍水冷壁管檢查，未見吹損痕跡及鼓包跡象。
4 原因分析
4.1設(shè)備概述
9號爐為東方鍋爐廠所設(shè)計DG1025/17.4-Ⅱ型鍋爐，于2009年12月投入商業(yè)運行。鍋爐水冷壁為全焊接式膜式水冷壁，水冷壁管規(guī)格為63.5×7.5，材質(zhì)為SA-210C，節(jié)距為76.2mm，最近一次檢修時間為：2021年4月29日至6月17日，工期50天。
4.2 泄漏點分析
現(xiàn)場水冷壁管泄漏共計3根，為2021年5月份機組A級檢修中更換的新管段，位于前墻水冷壁標高29米右數(shù)第139、140、141根。泄漏點共計6處，分別為右數(shù)第139根1處、右數(shù)第140根4處、右數(shù)第141根1處。
宏觀檢查：前墻右數(shù)第140根存在脹粗鼓包現(xiàn)象，脹粗鼓包部位最大值73.5mm(原始管徑63.5mm)，脹粗值15.7%，遠大于《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》(DL/T438-2016)9.3.19規(guī)定3.5%，鼓包的頂端存在破口，破口長約15mm，寬約6mm，破口粗糙，邊緣為不平整鈍邊，不鋒利，破口內(nèi)外壁周邊在沿管子軸向均存許多細小裂紋，破口內(nèi)壁周邊存在較為嚴重的氧化皮，且破口處管壁厚度減薄，破口邊緣呈脆性特征，從宏觀可見爆口具有長期過熱特征。右數(shù)第139、141根泄漏點表面有吹損形成的深坑，泄漏處無脹粗及外擴性破口。經(jīng)分析確認前墻水冷壁右數(shù)第140根泄漏點為第一泄漏點。
4.2.1 管段內(nèi)壁情況檢查
本次共計割管四根，分別為右數(shù)第138(滲鋁螺紋管)、139(非滲鋁管)、140(滲鋁管)、141根(非滲鋁管)，內(nèi)壁檢查發(fā)現(xiàn)：滲鋁管內(nèi)壁存在大量垢渣及氧化皮，而非滲鋁管內(nèi)壁光滑。
4.2.2 金相取樣情況
右數(shù)第140(滲鋁)、141(非滲鋁)根距爆口中心點上100mm距離各取一段管段進行金相組織對比分析，金相組織基本一致，右數(shù)第140根爆口管抗拉性能平均值490.96Mpa，符合ASMESA210/SA210M-2010《鍋爐和過熱器用無縫中碳鋼管子》要求抗拉強度≥485Mpa。
4.3 化學垢量分析
取泄漏點周邊四根水冷壁管段進行化學垢量分析，結(jié)果如下：
右數(shù)第138根(滲鋁管)向火側(cè)354.38g/㎡;
右數(shù)第139根(非滲鋁管)向火側(cè)60.15g/㎡;
右數(shù)第140根(滲鋁管)向火側(cè)549.68g/㎡;
右數(shù)第141根(非滲鋁管)向火側(cè)41.16g/㎡。
滲鋁管向火側(cè)垢量均大于《火力發(fā)電廠鍋爐化學清洗導(dǎo)則》(DL/T794-2012)要求的250g/㎡。
4.4 鼓包泄漏原因分析
熱負荷高區(qū)域水冷壁發(fā)生鼓包的原因一般為4種：
4.4.1 給水水質(zhì)不合格，雜質(zhì)進入鍋爐，受熱面結(jié)垢影響換熱;對比滲鋁管和非滲鋁管垢量情況，可排除因水質(zhì)不合格，受熱面結(jié)垢影響換熱的原因。
4.4.2 火焰掃墻，造成水冷壁管長期過熱。掃墻區(qū)域溫度很高，使得水冷壁金屬表面產(chǎn)生較大的溫度梯度，若管內(nèi)介質(zhì)冷卻能力不足，會直接導(dǎo)致水冷壁超溫。
現(xiàn)場觀察脹粗爆管相臨近管道，均未出現(xiàn)過熱鼓包跡象，從金相組織分析，機械性能合格，可排除此原因。
4.4.3 水冷壁管內(nèi)介質(zhì)流量不足，管內(nèi)有焊渣或者沉積物等異物，降低了管內(nèi)介質(zhì)流速，加劇了傳熱惡化，造成管子因強度不足而發(fā)生過熱。通過切開爆口管段的下彎頭查看，未發(fā)現(xiàn)異物堵塞，內(nèi)窺鏡檢查水冷壁下聯(lián)箱，未發(fā)現(xiàn)異物堵塞入口管段，可排除此原因。
4.4.4 管壁內(nèi)部表面狀態(tài)不良，傳熱不足。表面狀況不良的管段更易積垢，加劇傳熱惡化。對右數(shù)第140根內(nèi)壁情況進行檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁存在大量氧化皮及水垢，局部氧化皮厚度已達0.6mm，可判斷：因滲鋁管內(nèi)壁存在氧化皮，傳熱惡化，導(dǎo)致水冷壁管局部管壁超溫形成鼓包。
4.5 滲鋁管內(nèi)壁形成氧化皮原因分析
滲鋁鋼的生產(chǎn)方法有熱浸滲鋁、粉末滲鋁、感應(yīng)滲鋁、氣相滲鋁、料漿滲鋁和鍍鋁等。
河北某熱電公司9號機組鍋爐2021年大修中更換的水冷壁管，采用熱浸鋁法滲鋁工藝，查閱《鋼鐵熱浸鋁工藝及質(zhì)量檢驗》JB/T9206-1999標準，熱浸鋁工藝過程通常為：經(jīng)除油、除銹和表面預(yù)處理后，浸入740℃左右的純鋁液中處理8至10min，取出后甩光，即得熱鍍鋁樣品。經(jīng)上述處理的樣品，在900至980℃的加熱爐中保溫4h至6h，進行退火擴散處理，即得滲鋁樣品。
其過程中的表面預(yù)處理亦稱助鍍，是滲鋁件的關(guān)鍵步驟。除銹后鋼件露出的活性金屬表面在空氣中極易氧化，一旦產(chǎn)生氧化，不但不能浸上鋁，而且也無法進行擴散，從而產(chǎn)生漏滲。熱浸時必須保持這個活性面與鋁液接觸，以保證鋁原子直接滲到基體中去。在熱浸鋁前對活性表面加以保護，在其表面產(chǎn)生一層鈍化保護膜。熱浸時，此膜很快溶解，又露出原來的活性表面，以便熱浸鋁。但如果除油除銹后，水冷壁管內(nèi)表面沒有經(jīng)過適當?shù)谋砻骖A(yù)處理就進行熱浸鋁，則在其后的步驟尤其是擴散滲鋁步驟中，易產(chǎn)生較厚的氧化鐵皮。
4.6 檢修工藝分析
2021年5月份A級檢修期間，訂購的水冷壁鰭片滲鋁管到廠驗收后，在使用前均進行了內(nèi)壁噴砂除銹處理。但水冷壁管長度8m、內(nèi)徑Φ48.5mm，噴砂除銹工藝僅能對水冷壁管兩端2米左右起到良好的除銹效果，中間部分除銹效果不佳，造成更換到鍋爐上的水冷壁管內(nèi)壁局部可能存在氧化皮。
綜上，此次9號爐水冷壁鼓包泄漏的直接原因為：采購的水冷壁鰭片滲鋁管的滲鋁工藝不當，造成水冷壁管內(nèi)壁存在較厚氧化皮，噴砂工藝受管徑限制不能完全消除內(nèi)壁氧化皮，運行中傳熱惡化，導(dǎo)致水冷壁管局部管壁超溫形成鼓包泄漏。
5 暴露問題
5.1 經(jīng)統(tǒng)計，河北某熱電公司9、10號爐自投產(chǎn)至今，已經(jīng)更換上的鰭片滲鋁管分別為1528段、1934段，在運滲鋁管段內(nèi)壁可能存在氧化皮，因此，公司9、10號爐鍋爐水冷壁目前存在局部過熱鼓包泄漏風險。
5.2 專業(yè)技術(shù)人員對噴砂處理后管內(nèi)覆蓋噴砂的范圍和長度不清楚，沒有發(fā)現(xiàn)噴砂工藝無法覆蓋全部管段缺點。
5.3 管材到廠后及使用前，雖然對水冷壁管材進行了噴砂除銹處理，但受噴砂除銹工藝限制，不能有效將氧化皮處理干凈。
5.4 專業(yè)技術(shù)人員技術(shù)水平不足，未意識到管材存在氧化鐵皮缺陷對后續(xù)運行的嚴重影響。
6 防范措施
6.1制定鍋爐酸洗方案，對9、10號鍋爐水冷壁進行酸洗，消除氧化皮造成鍋爐泄漏隱患。
6.2 重新制定防止水冷壁高溫腐蝕措施，放棄高溫滲濾技術(shù)路線，結(jié)合公司實際情況比較“超音速噴涂”、“冷噴涂”和“激光噴涂”等多種技術(shù)，選擇最合適的技術(shù)。
6.3 加強水冷壁管材的驗收，杜絕內(nèi)壁存在氧化皮的水冷壁管入廠。
6.4 加強水冷壁換管過程跟蹤，針對新更換的水冷壁管，打口焊接前，逐根檢查新管內(nèi)壁情況，存在氧化皮的管段嚴禁使用。
6.5 結(jié)合檢修對鍋爐水冷壁進行全面檢查，重點檢查高負荷區(qū)域水冷壁的鼓包情況，做好金相組織及化學垢量分析，掌握鍋爐水冷壁管的劣化趨勢。
7 結(jié)束語
自9號爐水冷壁爆管原因找到后，熱電公司組織專業(yè)技術(shù)人員對其他鍋爐的水冷壁管逐一進行了檢查和改造，各臺鍋爐的水冷壁的健康水平得到了提高，近年來再沒有發(fā)生類似事件，熱電公司的安全生產(chǎn)得到了保障。
參考文獻
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