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某火力发电厂350MW机组锅炉水冷壁泄漏事件原因分析及防范措施

2025-07-12 67 上传者：管理员

摘要：水冷壁泄漏是火力发电厂锅炉设备主要的泄漏故障，影响发电厂的安全稳定运行与经济效益。对某电厂350MW机组的一次水冷壁泄漏事件进行物理和化学两方面的原因分析得出结论，并针对泄漏提出后续的改进建议，防范该电厂此类事故的再次发生。

关键词：
350MW机组
化学腐蚀
应力集中
水冷壁泄漏
经济效益
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1、引言

水冷壁是火力发电机组锅炉的重要组成部分,在国内外的各个电厂中,水冷壁泄漏是最主要的泄漏故障,此类事故往往导致机组被迫停机,影响发电厂的安全稳定运行与经济效益[1~2]｡某电厂350WM机组锅炉炉后冷灰斗上方水冷壁发生泄漏,被迫停机处理｡此次泄漏点在锅炉的垂直刚性梁正后方,刚性梁通过耳板与水冷壁管焊接相连,漏点共有3处,均位于两管之间靠近密封鳍片焊肉处｡针对水冷壁故障前后状态,综合各类相关因素分析其泄漏成因,制订防范措施｡

2、设备概况

西北某工业城市电厂列装有2台350MW热电联产燃煤机组,其锅炉为超临界参数变压运行的直流锅炉,前后墙对冲燃烧的全悬吊结构Π型锅炉,过热蒸汽BMCR(最大连续蒸发量)为1,200t/h｡该锅炉的炉膛水冷壁分上､中､下三部分,上部水冷壁采用全焊接的垂直上升膜式管屏,炉膛下部水冷壁､中部螺旋水冷壁采用螺旋盘绕膜式管圈｡介质向上流动｡泄漏管规格ϕ38.1×7.5mm,材质为SA-213T2,螺旋段水冷壁盘绕管圈的倾角为15.7041°,管子节距55mm｡其膜式扁钢厚δ6.4mm,材料为15CrMo,采用双面坡口型式｡该电厂所属2台350MW机组锅炉随着高比例掺烧非设计煤种后,锅炉水冷壁高温腐蚀情况逐渐显现,随着运行周期的延长,出现了多次因锅炉高温腐蚀引发的水冷壁管减薄泄漏事件,对机组的安全运行及带负荷能力造成较大冲击｡2022年以来,为缓解锅炉水冷壁高温腐蚀速率,在水冷壁上大量应用了耐腐蚀合金堆焊管屏,但由换管工艺执行不当造成的锅炉水冷壁泄漏事件也随之而来｡本次水冷壁泄漏部位,如图1所示｡

3、水冷壁泄漏情况简介

2025年1月29日,发现该电厂#6机组锅炉水冷壁存在泄漏,泄漏区域位于锅炉水冷壁炉后靠近#2角冷灰斗拐点弯管下部鳍片焊接位置｡宏观检查发现炉内外方向均有蒸汽外溢现象,外部泄漏蒸汽呈沿管子纵向线状(约2~3mm)喷出｡泄漏发生前该锅炉已连续运行约2,900h｡此次水冷壁泄漏点位于锅炉下部水冷壁与中部水冷壁过渡拐角区域,具体位于锅炉15.7米炉后靠近#2角垂直刚性梁正后方｡垂直刚性梁作为炉墙限位装置,通过与在水冷壁上安装的定位梳型板形成滑动约束副,保留垂直平移自由度,即水冷壁可带动定位梳型板在垂直刚性梁方向上下滑动｡

4、水冷壁泄漏点检查

2025年2月16日锅炉冷炉完成具备人员进入条件,组织对#6机组锅炉水冷壁泄漏情况进行检查,具体检查结果如图2所示

图1水冷壁泄漏部位

图2水冷壁管漏点

水冷壁泄漏点具体位置为炉后墙冷灰斗拐点靠近#2角弯管堆焊管从上至下第3､4根管,泄漏点共计3处(编号:漏点1､漏点2､漏点3)｡从外观形貌上描述,3处漏点均呈细小孔状｡由于水冷壁泄漏初期,对漏点1采取了炉外临时处理,所以该漏点周围管壁吹损痕迹并不规则,但漏点2､3周围管壁有明显的吹损及扩散痕迹｡同时检查发现两根漏点管为冷灰斗拐点弯管,鳍片安装组对时未与管子中心线对齐,安装相对靠炉外,且在换管结束后未调整管间隙,导致形成宽鳍片｡

5、水冷壁泄漏原因

5.1泄漏情况模拟

通过对上述漏点1~3周围吹扫痕迹及吹扫方向观察,漏点2位于漏点1的泄漏蒸汽吹扫扩散方向上,且漏点2周围管壁吹损痕迹与扩散方向相符,判断漏点2为漏点1处泄漏蒸汽吹扫后泄漏｡同理,漏点3位于漏点2泄漏蒸汽吹扫扩散方向上,判断漏点3为漏点2处泄漏蒸汽吹扫后泄漏｡因此,对蒸汽漏泄后吹扫轨迹及漏泄顺序进行模拟:漏点1引起漏点2,漏点2再造成漏点3｡依据水冷壁泄漏初期观察情况及停炉后对漏点管段的检查分析,判断漏点1为本次水冷壁第一漏泄点｡由于螺旋式水冷壁管泄漏后易发生同根管上部管段因冷却介质不足造成过热后再次泄漏的现象,所以在炉内升降平台搭设完成后对两根漏泄管整圈管进行全面检查,未发现过热胀粗､减薄､变色及泄漏等情况｡对第一漏点管段截面切割后检查发现,漏点处管内壁有局部凸起变形现象,分析认为受泄漏初期采用临时封堵时的冲击作用影响,造成了管内壁局部凸起变形,凸起变形为泄漏后产生,与本次水冷壁泄漏事件应无直接关系｡同时发现漏点处管内壁有明显的贯穿性焊接缺陷,且附近有焊接遗留焊瘤｡

5.2泄漏原因分析

从化学和物理两方面进行原因分析,认为此次泄漏根本原因是焊接缺陷导致的管段局部力学性能不良､后续补焊覆盖导致的管段内壁几何形状不规则引起的化学腐蚀｡具体分析如下｡

(1)物理原因｡

水冷壁鳍片组对后焊接期间,施工工艺执行不当｡水冷壁管鳍片组对时未与管子中心线对齐,且在换管结束后未调整管间隙,检修结束后形成宽鳍片｡导致发生泄漏的两管处受热面积较其他水冷壁管大,造成局部过热,这一现象增大了水冷壁管的热应力｡此次水冷壁泄漏管子安装于垂直刚性梁正后方,管子上焊接附件较多,固定梳型板较厚,在此处存在重叠的焊接拘束应力｡随着锅炉运行,各部件受热膨胀,该部位发生局部拉扯｡在泄漏管壁处造成应力集中现象,导致此处受力能力较低｡由于鳍片采用二保焊焊接工艺,焊接强度不满足承压部件压力要求,随着运行周期的延长,在锅炉膨胀应力作用下,该缺陷不断劣化并发生扩展,最终导致水冷壁发生泄漏[3]｡

(2)化学原因｡

在水冷壁管管壁上形成击穿缺陷,鳍片焊接时焊肉直接覆盖此缺陷,在漏点处遗留焊瘤,如图3所示｡加之泄漏管为光管,焊瘤的存在使水冷壁的介质在管内流动时形成湍流,导致漏点处受热不均,形成局部超温现象｡加之焊瘤的存在使H+､Cl富集在此处｡H+与钢铁中的碳发生反应生成甲烷,甲烷分子较大,在钢铁晶粒间形成巨大的局部内压力｡Cl富集在焊瘤处,与H+反应生成HCl在管壁局部形成酸腐蚀[4]｡

图3第一漏点管段截面

6、防范措施

本次泄漏的直接原因是更换水冷壁管屏时的焊接缺陷,次要原因是泄漏部位力学性能不良和化学腐蚀｡基于此,提出以下防范措施｡针对锅炉受热面管屏及鳍片焊接施工,严格把控焊接人员资质,通过修前开展鳍片焊接实操考试的手段,评估施工人员技能水平,考试不合格者或不满足检修需求的人员严禁执行受热面焊接工作｡针对水冷壁鳍片的组对､焊接作业实行重点管控,安排专人进行循环滚动式检查,实时参与焊接过程,焊接完后再次组织对缺陷全面检查,形成检查记录并逐项整改,避免缺陷遗留｡重点管控内容包括:①鳍片焊接作业前应制订可靠的工艺规程或作业指导书,并组织焊接人员学习;②鳍片的焊接工作应由熟练的焊工实施,操作中要严格执行焊接工艺规程或作业指导书,并按规定完成当班记录;③焊接前检查确认钢管和鳍片表面油污､铁锈､氧化熔渣等清除干净,焊接部位光洁､无杂质;④施工过程若发生管(屏)鳍片管上的缺陷返修,应由有资质的高压焊工按照制订的返修焊接工艺采用手工电弧焊修补｡严格管控水冷壁鳍片焊接前组对质量验收的工作,鳍片组对严格执行标准,组对不合格的鳍片严禁施焊｡针对此次锅炉水冷壁漏泄事故,对同类型锅炉水冷壁宽鳍片开展全面排查治理,结合机组检修采取调整管间隙､换管等方式,逐步治理前期遗留的宽鳍片缺陷,杜绝类似事故的发生｡

7、结束语

本次水冷壁泄漏事件的根本原因在于焊接工艺不当导致的管段力学性能缺陷及化学腐蚀的共同作用｡通过系统性分析,明确了焊接质量管控､管屏组对精度以及腐蚀防护是防范此类事故的关键｡建议电厂在后续的检修过程中严格落实焊接工艺标准,强化施工过程监督｡同时应结合机组检修周期逐步优化宽鳍片等遗留缺陷的治理方案,提升设备运行的可靠性与经济性｡本研究为同类型火力发电机组的水冷壁泄漏防控提供了实践参考,对保障电厂安全稳定运行具有重要意义｡

参考文献:

[1]郭巍.电厂煤粉锅炉水冷壁管爆管分析与防护措施研究[D].上海:华东理工大学,2015

[2]石荣雪,张适宜,张胜寒.基于大数据分析的电厂锅炉水冷壁失效研究[J].化工进展,2016,35(09):2640~2646

[3]梁宝琦.锅炉水冷壁管横向裂纹形成原因分析[J].理化检验(物理分册),2018,54(07):536~539

[4]周嘉炜,封小亮,刘课秀.某电站锅炉水冷壁管泄漏原因[J].理化检验(物理分册),2025,61(01):66~71

文章来源:胡克,高伟,王涛,等.某火力发电厂350MW机组锅炉水冷壁泄漏事件原因分析及防范措施[J].模具制造,2025,25(07):246-248.