超臨界鍋爐包墻過熱器泄漏分析

董 鵬，王文濤，李鵬輝

（華電電力科學研究院有限公司，內蒙古 呼和浩特 010020）

0 引言

目在火力發電企業非計劃停機事故中，“四管”泄漏所占比例一直居高不下，企業為預防“四管”泄漏，制定了各種制度與措施，但在具體實施過程中仍存在諸多問題，如設備安裝不規范和檢修存在疏漏[1]。某發電廠鍋爐屬于超臨界，一次再熱、單爐膛、前后墻對沖燃燒、尾部雙煙道、平衡通風、全緊身封閉、固態排渣、全鋼構架、全懸吊π型超超臨界變壓運行直流爐。鍋爐在某次小修結束運行約3 000 h后，包墻過熱器泄漏。

泄漏點有兩處，一處位于前包墻過熱器懸吊管（以下稱“懸吊管”）爐左第1根彎管背弧處，另一處位于左包墻過熱器管（以下稱“左包墻管”）爐前第2根直管處。懸吊管規格為φ38.17 mm，材質為12Cr1MoVG。左包墻管規格為φ31.86.5 mm，材質為15CrMoG。

1 樣管檢驗

1.1 泄漏管宏觀形貌觀察

左包墻管爆口沿管子直徑方向橫向開口，開口處管壁局部減薄，爆口周圍溝槽痕跡明顯，管徑未脹粗，管內外壁未見裂紋或劃痕缺陷，管子無明顯氧化和腐蝕現象，如圖1所示。左包墻爆口具備次生爆口形貌特征。

圖1 左包墻管爆口形貌

懸吊管爆口位于彎管背弧，爆口較小，爆口周邊平緩性磨損，磨損區域與未磨損區域界限明顯，如圖2和圖3所示，懸吊管壁厚值見表1。懸吊管管徑未脹粗，管壁無明顯氧化和腐蝕現象。懸吊管爆口為典型煙氣磨損導致泄漏的形貌。

圖2 懸吊管爆口形貌正面

圖3 懸吊管爆口形貌側面

表1 壁厚測量值 /mm

在泄漏現場觀察，發現2根泄漏管的爆口相對，懸吊管側弧迎向煙氣，懸吊管與下方鰭片間存在缺口，鰭片沿焊縫熔合線開裂，向斜后方變形移位。從缺口沿鰭片變形移位的路徑觀察，發現缺口與懸吊管爆口相對，如圖4所示。經證實，鰭片開裂變形是在最近檢修過程中受撞擊導致，變形后未將其修復。

圖4 泄漏現場形貌

1.2 化學成分分析

對兩根泄漏管進行定量化學成分分析，結果見表2。分析結果顯示，兩根泄漏管的化學成分符合標準GB/T 5310-2017對12Cr1MoV和15CrMo兩種管材的要求。

表2 化學成分分析結果 /%

1.3 力學性能檢測

對兩根泄漏管進行拉伸試驗，結果見表3。試驗結果顯示，兩根泄漏管的拉伸性能符合標準GB/T 5310-2017對12Cr1MoV和15CrMo兩種管材的要求。

表3 拉伸性能檢驗結果

1.4 金相分析

對兩根泄漏管進行金相分析，左包墻管爆口附近組織為鐵素體+珠光體，未見異常組織，如圖5所示。懸吊管爆口附近組織為鐵素體+珠光體+粒狀貝氏體，未見異常組織，如圖6所示。

圖5 左包墻管爆口附近組織

圖6 懸吊管爆口附近組織

2 原因分析

1）懸吊管彎管爆口處呈現典型的煙氣磨損形貌。懸吊管與左包墻管之間的鰭片開裂，向斜后移位，形成斜上方向的通道，通道阻力較小，煙氣流經時會改變走向并加速，對懸吊管彎管背弧面集中沖刷磨損，致管壁加速減薄而泄漏[3]。同時可以確認懸吊管爆口為原始泄漏點。

2）懸吊管下方鰭片寬度不足，懸吊管與鰭片間存有缺口，不符合DL/T 939-2016《火力發電廠鍋爐受熱面管監督檢驗技術導則》技術要求，缺口導致鰭片剛度不足，受外力時易變形。檢修過程中鰭片受撞擊開裂移位，未得到修復，致使懸吊管與鰭片間形成煙氣通道。

3）兩根泄漏管爆口相向，左包墻管爆口周圍局部減薄，吹損痕跡明顯，是典型次生爆口特征，可以判斷左包墻管是由懸吊管泄漏介質吹損導致。

綜上所述，鰭片安裝不規范，懸吊管與鰭片間形成缺口，致鰭片剛度不足易變形。檢修管理不到位，懸吊管下方鰭片受撞擊開裂移位后未修復，鰭片區域形成煙氣走廊，煙氣對斜上方的彎管背弧集中沖刷，管壁加速磨損至泄漏。泄漏介質吹損對面左包墻管發生次生泄漏。

3 處理及防范措施

1）更換泄漏管，焊后進行無損探傷。

2）規范安裝懸吊管和左包墻管間的鰭片，保證無缺口，消除形成煙氣走廊的可能性。擴大檢查范圍，對煙道所有受熱面進行防磨防爆檢查，消除可能存在的煙氣走廊。

3）按照圖紙及標準要求施工，加強焊接熱處理等環節全過程監督管理。

4）根據本次泄漏原因，加強檢修管理，提高防磨防爆檢查有效性。

5）總結泄漏失效原因，及時更新設備臺賬，舉一反三，為今后事故處理提供借鑒參考。