【案例簡(jiǎn)述】
某電廠鍋爐型號(hào)為HG—670/140—WM10，系哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的超高壓參數(shù)帶一次中間再熱的單汽包自然循環(huán)鍋爐。
8月9日該鍋爐因水冷壁管泄漏緊急停爐。水冷壁管規(guī)格為φ60×6.5mm，材質(zhì)20G。入爐后檢查發(fā)現(xiàn)，第一泄漏點(diǎn)在爐后墻水冷壁右后側(cè)燃燒器角部，右數(shù)第4根水冷壁管，在由下往上數(shù)第2個(gè)看火孔處發(fā)生泄漏。裂紋位于看火孔上彎頭外側(cè)，長(zhǎng)度約70mm，裂紋為脆性開裂，無(wú)減薄。外表面凹坑經(jīng)分析為該管泄漏后吹損第3根管，由第3根管反吹過來(lái)導(dǎo)致原泄漏點(diǎn)表面的吹損減薄，局部已有破口，這些破口為塑性裂口。
裂紋有上下兩條，上下裂紋之間仍余有少量金屬。上裂紋上尖端很鈍，從裂紋溝槽內(nèi)可以看到該裂紋長(zhǎng)時(shí)間受介質(zhì)沖刷的痕跡。瀉出的介質(zhì)已磨去了初始開裂時(shí)形成的鋒利邊緣，而下裂紋下尖端仍較鋒利，外壁裂紋仍呈爆口開裂時(shí)的情形。由于介質(zhì)的流向由下往上，并且上裂紋的外壁已被鄰管吹去一部分，這兩個(gè)因素可以解釋上下裂紋溝槽的這種差別。從上下裂紋溝端的形貌可以分析出，該泄漏點(diǎn)已經(jīng)開裂了很長(zhǎng)的一段時(shí)間，并且在裂紋形成后，幾乎沒有擴(kuò)展。
在泄漏點(diǎn)的上部同一根管，為第二個(gè)爆口。爆口為開天窗式的外翻，爆口邊緣明顯脹粗減薄，厚度為3mm左右，原管壁厚度6.5mm，并且未爆破的其余部位發(fā)現(xiàn)鼓包，明顯為過熱爆管。管子截面已脹粗呈橢圓型。經(jīng)過分析認(rèn)為，該爆口為管子下部泄漏后，導(dǎo)致該處長(zhǎng)期過熱所致。
【案例評(píng)析】
對(duì)泄漏管所在的下聯(lián)箱進(jìn)行了內(nèi)窺檢查，在聯(lián)箱內(nèi)找到異物，為兩塊40×40mm的用于固定鍋爐水冷壁下聯(lián)箱底部加熱管的方形鐵片以及用于底部加熱管端部的圓形鐵片。
對(duì)于原始泄漏點(diǎn)的泄漏原因，分析如下。
由于水冷壁管入口異物堵塞，導(dǎo)致水冷壁管內(nèi)流量減少，質(zhì)量流速降低，含汽率增大，冷卻能力下降，泄漏位置為燃燒區(qū)域的看火孔附近，泄漏點(diǎn)為彎頭外側(cè)（向火側(cè)），該處熱負(fù)荷較高。由于介質(zhì)由下往上流動(dòng)時(shí)，水的密度較大，不易改變方向，向彎頭內(nèi)側(cè)聚集，而汽的密度較小，在水的擠壓下，向彎頭外側(cè)聚集。管內(nèi)汽水混合物在彎頭處容易出現(xiàn)沿爐管整個(gè)橫截面局部的汽水分布不均，特別是在管內(nèi)介質(zhì)流量減少導(dǎo)致流速降低、含汽率較高的情形下。一旦出現(xiàn)局部的汽水分布不均，蒸汽在此處含量急劇增大，在高熱負(fù)荷下以及質(zhì)量流量較小的情況下，管壁和蒸汽之間的液膜局部被蒸干，局部區(qū)域無(wú)介質(zhì)冷卻，出現(xiàn)局部膜態(tài)沸騰，該小區(qū)域的管壁溫度飛速上升，管壁溫度可達(dá)700～800℃，甚至更高。水冷壁局部區(qū)域在如此高的溫度下，材料自身的抗拉強(qiáng)度下降，在管內(nèi)介質(zhì)壓力作用下，出現(xiàn)水冷壁管壁的龜裂。而在其他區(qū)域，由于仍有汽水混合物的冷卻，材料仍保持相當(dāng)好的塑性。因此，開裂只限制在局部，而不發(fā)生整個(gè)管口的完全爆裂。在裂開后，汽水混合物特別是蒸汽從裂開處瀉出，局部膜態(tài)沸騰的條件被破壞了，瀉出的汽水混合物給開裂處的水冷壁以足夠的冷卻，溫度迅速?gòu)?00～800℃降至350～400℃，并且一直保持在這個(gè)溫度，而在這個(gè)溫度下材料抗拉強(qiáng)度較開裂時(shí)高，因此裂紋無(wú)法進(jìn)一步擴(kuò)展。從發(fā)生局部膜態(tài)沸騰、升溫、開裂到泄漏介質(zhì)冷卻金屬管壁的整個(gè)過程，材料自身相當(dāng)于經(jīng)歷一次熱處理。
對(duì)于同一根管上方的第二個(gè)爆口，是由于該根管下部泄漏后，流量較少導(dǎo)致的過熱所致。該爆口的泄漏導(dǎo)致爐膛滅火、汽包水位無(wú)法維持直至緊急停機(jī)。計(jì)算表明，水冷壁管發(fā)生開天窗式的泄漏時(shí)，泄漏量很大，單根水冷壁管完全爆開已可使鍋爐汽包水位無(wú)法維持。
【案例警示】
1．清理出導(dǎo)致爆管的固定鐵塊，同時(shí)對(duì)泄漏管區(qū)域進(jìn)行全面檢查，包括宏觀和測(cè)厚以及取樣檢查，換管4處：一處為看火孔彎頭，一處為過熱爆管處，另一處為折焰角處（該處為取樣，結(jié)果材料無(wú)異常），另一處為看火孔處第3根管的彎頭，由于后墻右角第3、4根的泄漏，吹損了水冷壁右墻的管子，因此對(duì)右墻角部被吹損的管子（未穿孔）進(jìn)行了補(bǔ)焊。
2．由底部加熱管的固定鐵塊松脫導(dǎo)致的水冷壁爆管事故，2004年7月19日已發(fā)生一次。由于設(shè)計(jì)和制造的原因，以及底部加熱管運(yùn)行時(shí)不可避免存在的振動(dòng)，使得底部加熱管固定鐵塊的松脫導(dǎo)致水冷壁流量減少成為影響水冷壁安全運(yùn)行的重要威脅。建議在下次檢修中，應(yīng)對(duì)此部位重點(diǎn)檢查，修復(fù)不牢固鐵塊，清理出聯(lián)箱內(nèi)已松脫的鐵塊，確保機(jī)組安全運(yùn)行。