锅炉水冷壁爆管事故分析及处理措施

锅炉水冷壁爆管在发电机组运行过程中时有发生，对锅炉运行的安全性和经济性，乃至整个电厂的安全生产和经济运行都有严重的影响。因此，对锅炉水冷壁爆管进行研究，解决水冷壁爆管问题，具有重要的实际意义。

1　工程项目概况

某高温高压燃气锅炉工程，在工程中采用的单炉膛锅炉设计，为前后墙对冲燃烧方式。该锅炉蒸发量额定为220t/h，545℃过热温度，9.8MPa过热蒸汽压力，投产于2008年9月份。

在锅炉投产的运行当中，9#锅炉自2015年12月份开始连续出现问题，具体症状为水冷壁爆管，锅炉后水冷壁拉稀管区域内集中出现了锅炉爆口现象，且爆口位置十分集中，形态呈不规则状。该锅炉采用20G锅炉刚材料制造的Φ60mm×5mm规格的水冷壁管。在发生爆管的过程中，管子会瞬间呈完全断裂的状态，断裂的管道直接就造成了锅炉供水不足，炉膛灭火问题。而最严重的问题却是在炉膛内部。在爆管瞬间，炉膛内会出现瞬间曾压的现象，对锅炉的安全运行造成了十分严重的威胁。

9#锅炉自从2015年连续出现的所爆管时间中，比较典型和的是12月24日的爆管现象，该锅炉自西向东的水冷壁第11根水冷壁拉稀管发生爆管。

2　检验与结果

2.1　目视检测法

对爆管事件发生部位，即9#锅炉从西向东方向的第11根水管的爆管爆口部位，对光线进行试验的采样，针对9#锅炉西向东第11根水冷壁拉稀管爆裂时间中的管道爆口处，开展取试样试验，对采取的试样采用目视检查的方法进行观察，并对观察到的信息加以记录。下列为本次目视检数据记录：

（1）水冷壁拉稀管的外表面残留了一层黄褐色的炉渣层。

（2）爆裂后的水冷壁拉稀管呈现出塑性变形状态，通过触摸发现股管道已经出现脆化现象。

（3）对于水冷壁拉稀管试验仔细观察后，发现不同部位都出现了不同程度的纵向裂缝以及厚壁状的爆裂口。这些裂纹边缘钝，并且断面十分粗糙。

（4）爆破瞬间的作用力使得水冷壁拉稀管试样挤压为L形态。

（5）水冷壁拉稀管试样的内表面存有一层较厚、较脆，呈现深色的氧化层，一部分氧化物呈现出树皮一样的碎片状态。

2.2　理化检验

在本次研究中，对9#锅炉管道采用的水冷壁拉稀管进行取样，并对管道进行化学成分的分析，同时对爆裂的水冷壁拉稀管管线进行等级的确认。表1为水冷壁拉稀管成分组成表。

表1　水冷壁拉稀管成分组成表（wt%）

通过表1能够观察到，这次爆裂的水冷壁拉稀管，其成分完全符合《高压锅炉用无缝钢管20G锅炉钢》（GB5310）条文中剔除的要求。

2.3　金相检验

在分析组合成分后，开展金相检验，对9#锅炉水冷壁拉稀管曝管部位开展取样，并对管件的取样开展组织观察，图1、图2为本次组织观察结果的示意图。

图1　非断口部分的管线显微组织示意图

图2　断裂部位管线显微组织示意图

将《碳钢石墨化检验及评级标准》（DL/T786－2001）条文中的规定作为依据，在对管件试样放大500倍的试验条件下，利用评级图对照断裂部位的金相进行认真对比，开展石漠化平评级，在评级期间，充分考虑石墨链长度、石墨面积的百分比以及石墨的形态等，最终结论为9#锅炉水冷壁拉稀管断裂部位的石墨化评级为III级，即显著石墨化评级。

2.4　水冷壁拉稀管爆口垢样的分析

从9#锅炉仔细向东第11根水冷壁拉稀管的管内将沉淀物轻轻刮下，对刮下的沉淀物展开物质成分组成的分析。

表2　管内垢样成分分析表

通过表2对垢样的化验结果可以得出结论，管道内刮下的垢，其主要成分是铁，而铁则是锅炉十分常见的沉积物，不足为奇，但是其他沉淀物则说明了锅炉内有大量的不应该存在的物质，例如二氧化硅、硫酸盐、铜和钙。特别是钙，按照正常理论来讲，钙不应该出现在高压锅炉管道中。

3　爆管原因分析

当9#发生了锅炉爆管事故之后，在研究过程中复核了9#锅炉管子的接口尺寸以及锅炉的热力计算进，之后再结合管子金相检验结果、理化检验结果以及爆管管道内去下的垢样分析结果，最终确定了下列可能造成9#锅炉水冷壁拉稀管在运行期间发生爆裂事件的影响因素。

3.1　运行长期形成的内部沉积层带来的影响

依据表2，即管子内壁刮下的垢样的分析结果可以看出，在9#锅炉处于长期运行的环境下，水冷壁拉稀管的内部会慢慢的堆积、叠加污垢，长此以往，随水冷壁拉稀管管道内部沉积层的不断加厚，这些沉积层就会逐渐对管子的换热造成严重的影响，同时这些污垢也是造成管道石墨化现象的原因，场次推移，最终管道终于无法经受应力，最终保管。

从水冷壁拉稀管中取出的污垢理化分析数可以发现，9#锅炉在长期使用得环境下，水冷壁拉稀管内会不断出现沉积物，并逐渐叠加累积，随着沉积层越来越严重，对水冷壁拉稀管的换热性能影响会越来越大，而这正是，也是引起9#锅炉后水冷壁拉稀管内出现石墨化，直至最终失效爆管的重要因素之。

3.2　来自9#锅炉自身的因素

本初研究中，将9#锅炉与其它锅炉的热力计算进行的对比，经过对比后发现，9#锅炉后水冷壁，同下集箱接口的内径为40mm，这是引发水冷壁拉稀管上部分管段沸腾度提高的主要因素。此外，本次爆管时间中，9#锅炉爆管问题的位置都集中在锅炉后水冷壁最上方，因为水冷壁所在位置的特殊性，在9#锅炉运行，期间会水冷壁拉稀管会360°全方位的受热，而锅炉其他区域受热位置则是180°受热，这就是爆管处集中于此的原因。

4　9#锅炉改进措施

依据上述的试验情况和分析情况进行详细分析，最终决定在本次研究中，针对9#锅炉水冷壁部位进行换管、具体换管的部位从第二个折焰角开始，一直到集箱管段，同时采用涡流探伤仪，对9#锅炉水冷壁的其他区域进行全面、详细的检查，一旦发现有问题的管段，便立即进行更换。

4.1　管道检测

在确定该换管方案后，9#锅炉于2016年1月4日进入停炉检修阶段，对9#锅炉后水冷壁共计30根管道进行涡流探伤仪检测，本次监测总共发现热像严重的管道共计7根。

在随后的检查中，有发现了局部区域的一些小问题，当确立问题后，开始进行换管。

4.2　污垢清理

成功进行患管后，决定对锅炉水冷拉稀管内的污垢进行清理，本次使用的清洗介质是蚀盐酸，确定介质后，开始对锅炉开展了整体性的化学清洗。与此同时，在清洗阶段，将高价铁离子还原剂加入到清洗介质的范围内，进而有效的将清洗期间垂涎的高价铁离子进行还原，达到有效抑制高价铁离子腐蚀钢管的效应。

在对9#锅炉进行清洗后，经过观察，外表面、内表面均十分干净，不存在镀铜现象、无残留污垢，同时形成了完整的钝化膜，不存在现象。经过同喜，本次化学清洗，腐蚀试片平均腐蚀15.0535g平方米，2.7171g/平方米.h的腐蚀速度，因此判定本次对9#锅炉的化学清洗十分成功，效果十分理想。

4.3　有效控制锅炉运行负荷

清洗后，结合9#锅炉平日里实际的使用情况，对9#锅炉运行负荷加以控制，即经过调整后，确保9#锅炉运行期间的荷载保持在190t/h以下。同时增加下层烧嘴煤气量，对上层进行相对的减少，从而有效达到改善锅炉温度场分布的目的。

4.4　优化化学除氧

当前，9#锅炉机组所采用的除氧方式是母管制加药除氧方式，由于9#在运行期间与8#锅炉机组相邻，因此在开展工作期间极易出现下药作业不均匀的问题。因此，在本次研究中，对化学除氧系统进进行了整改，使9#锅炉的除氧系统能够独立运行，进而保障水质指标的稳定性。

5　结语

在锅炉运行期间，如果锅炉的水冷壁发生爆管现象，会严重威胁锅炉机组的运行安全，一旦出现事故，就将为企业造成不可挽回的严重损失。因此，就需要依据本次研究中剔除的方法进行测试、解决并加以改造，从而确保整个锅炉系统运行期间的稳定性，为企业创造良好的经济效益。

参考文献

[1]张炳花．锅炉水冷壁爆管事故分析和处理[J]．管理学家，2013，（22）.

[2]冯文吉，耿进锋．电站锅炉水冷壁爆管失效分析[J].金属热处理，2009，34（6）.

[3]徐文胜，朱伟军，徐开东．一起工业锅炉水冷壁爆管事故的分析和处理[J]．特种设备安全技术，2011，（5）.

（作者王海仁系广东省特种设备检测研究院湛江检测院工程师）