【案例簡(jiǎn)述】
某電廠(chǎng)鍋爐型號為HG—670/140—WM10，系哈爾濱鍋爐廠(chǎng)生產(chǎn)的超高壓參數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。水冷壁管規格為φ60×6.5mm，材質(zhì)20G。入爐后檢查發(fā)現，第一泄漏點(diǎn)在爐后墻水冷壁右后側燃燒器角部，右數第4根水冷壁管，在由下往上數第2個(gè)看火孔處發(fā)生泄漏。裂紋位于看火孔上彎頭外側，長(cháng)度約70mm，裂紋為脆性開(kāi)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(guò)來(lái)導致原泄漏點(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，從裂紋溝槽內可以看到該裂紋長(cháng)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(kāi)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(kāi)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(kāi)裂了很長(cháng)的一段時(shí)間，并且在裂紋形成后，幾乎沒(méi)有擴展。
在泄漏點(diǎn)的上部同一根管，為第二個(gè)爆口。爆口為開(kāi)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)現鼓包，明顯為過(guò)熱爆管。管子截面已脹粗呈橢圓型。經(jīng)過(guò)分析認為，該爆口為管子下部泄漏后，導致該處長(cháng)期過(guò)熱所致。
【案例評析】
對泄漏管所在的下聯(lián)箱進(jìn)行了內窺檢查，在聯(lián)箱內找到異物，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，導致水冷壁管內流量減少，質(zhì)量流速降低，含汽率增大，冷卻能力下降，泄漏位置為燃燒區域的看火孔附近，泄漏點(diǎn)為彎頭外側（向火側），該處熱負荷較高。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，向彎頭內側聚集，而汽的密度較小，在水的擠壓下，向彎頭外側聚集。管內汽水混合物在彎頭處容易出現沿爐管整個(gè)橫截面局部的汽水分布不均，特別是在管內介質(zhì)流量減少導致流速降低、含汽率較高的情形下。一旦出現局部的汽水分布不均，蒸汽在此處含量急劇增大，在高熱負荷下以及質(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，局部區域無(wú)介質(zhì)冷卻，出現局部膜態(tài)沸騰，該小區域的管壁溫度飛速上升，管壁溫度可達700～800℃，甚至更高。水冷壁局部區域在如此高的溫度下，材料自身的抗拉強度下降，在管內介質(zhì)壓力作用下，出現水冷壁管壁的龜裂。而在其他區域，由于仍有汽水混合物的冷卻，材料仍保持相當好的塑性。因此，開(kāi)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(kāi)后，汽水混合物特別是蒸汽從裂開(kāi)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(kāi)裂處的水冷壁以足夠的冷卻，溫度迅速從700～800℃降至350～400℃，并且一直保持在這個(gè)溫度，而在這個(gè)溫度下材料抗拉強度較開(kāi)裂時(shí)高，因此裂紋無(wú)法進(jìn)一步擴展。從發(fā)生局部膜態(tài)沸騰、升溫、開(kāi)裂到泄漏介質(zhì)冷卻金屬管壁的整個(gè)過(guò)程，材料自身相當于經(jīng)歷一次熱處理。
對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，流量較少導致的過(guò)熱所致。該爆口的泄漏導致?tīng)t膛滅火、汽包水位無(wú)法維持直至緊急停機。計算表明，水冷壁管發(fā)生開(kāi)天窗式的泄漏時(shí)，泄漏量很大，單根水冷壁管完全爆開(kāi)已可使鍋爐汽包水位無(wú)法維持。
【案例警示】
1．清理出導致爆管的固定鐵塊，同時(shí)對泄漏管區域進(jìn)行全面檢查，包括宏觀(guān)和測厚以及取樣檢查，換管4處：一處為看火孔彎頭，一處為過(guò)熱爆管處，另一處為折焰角處（該處為取樣，結果材料無(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，因此對右墻角部被吹損的管子（未穿孔）進(jìn)行了補焊。
2．由底部加熱管的固定鐵塊松脫導致的水冷壁爆管事故，2004年7月19日已發(fā)生一次。由于設計和制造的原因，以及底部加熱管運行時(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致水冷壁流量減少成為影響水冷壁安全運行的重要威脅。建議在下次檢修中，應對此部位重點(diǎn)檢查，修復不牢固鐵塊，清理出聯(lián)箱內已松脫的鐵塊，確保機組安全運行。