某电厂 3 号锅炉水冷壁酸洗后泄漏 原因分析

刘天佐 1 孟祥泽 2

1. 华电国际电力股份有限公司技术服务分公司 山东济南 250014 2. 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 山东济南 250014

摘要：本文针对某电厂3号锅炉水冷壁酸洗后泄漏问题，进行了宏观检查、磁粉探伤、硬度检验及金相组织分析，最终确定水冷壁管酸洗后泄漏的原因是焊接人员违规使用火焊切割鳍片时误将水冷壁管割穿，之后对割穿部位进行了补焊，在焊接过程中由于引入较多S元素，且焊接输入量较大，造成大量的结晶热裂纹产生。

关键词：水冷壁管、切割损伤、焊接不规范、热裂纹

1. 概述

某电厂3号机组装机容量300MW，配置1025t/h亚临界压力控制循环锅炉，锅炉为亚临界一次再热的控制循环锅筒炉，单炉膛，四角切向燃烧方式。2019年9月，3号锅炉底部#1、#2、#4角的水冷壁管各发现一处泄漏，泄漏位置均在折焰角下方靠近鳍片处。水冷壁底部共四个角，其中#1角更换14根水冷壁管，#2角更换8根水冷壁管，#3角未更换，#4角更换11根水冷壁管；更换后进行酸洗，然后现场检查时发现#1角的#14、 #2角的#12、#4角的 #5水冷壁管出现漏点。漏点均在新更换对接环焊缝上侧约3-5cm向火侧靠近鳍片位置；现场调查时三处漏点均已打磨，在此基础上进行了现场磁粉检测，发现#1角的#14水冷壁管裂纹呈放射状分布；#2角的#12水冷壁管裂纹也呈放射状分布；#4角的#5水冷壁管漏点上侧裂纹由母管扩展至鳍片，相邻#4管位置也发现同样裂纹。现场对#1角的#14、#17水冷壁旧管进行金相、硬度检验，均未发现异常。金相组织均为铁素体+珠光体，无明显球化。 两管硬度值接近，硬度范围为140-145HB。漏点处水冷壁旧管运行约10万小时，材质为20G，规格Φ45*6mm。水冷壁宏观照片如图1所示。

4-1

（泄漏管）

4-2

（对比管）

1-1

（泄漏管）

1-2

（对比管）

旧管

旧管

旧管

旧管

新管

新管

新管

1-1泄漏点（外壁）

1-1泄漏点（内壁）

4-1泄漏点（外壁）

4-1泄漏点（内壁）

图1 水冷壁管宏观照片

2. 原因分析

（1）1-1和4-1水冷壁管漏点均在对接环焊缝上侧3-5cm且靠近鳍片位置，漏点处外壁已打磨，内壁均可见明显焊点，焊点上有多条放射状分布的裂纹。焊点可能为更换水冷壁管过程中焊接所致，如对切割鳍片造成的管子损伤进行补焊等。1-2水冷壁对接环焊缝上侧旧管有明显弯曲变形。1-1、1-2和4-1旧管内壁均有直道缺陷，缺陷最深分别约为221μm、225μm、115μm，均满足GB/T 5310-2017中“钢管内外表面直道及芯棒擦伤缺陷允许深度：热轧（挤）管，不大于壁厚的5%，且最大深度0.4mm”的规定。

（2）水冷壁1-1及4-1旧管向火侧壁厚均明显减薄，1-1向火侧壁厚减薄量超过DL/T 438-2016 “对于水冷壁、省煤器、低温段过热器和再热器管，壁厚减薄量不应超过设计壁厚的30%”的规定。

（3）对1-1、1-2、4-1、4-2旧管侧母材及4-1水冷壁管漏点焊缝进行成分分析，结果表明，各取样管段母材化学成分均满足GB 5310-1995和GB/T 5310-2017标准要求。

（4）1-1、1-2、4-1、4-2水冷壁旧管母材硬度值均满足GB 5310-1995和GB/T 5310-2017标准对20G钢硬度要求。

（5）1-1、4-1水冷壁管漏点位置均位于焊缝组织上，裂纹已贯穿整个焊缝，内壁、心部、外壁均存在裂纹，裂纹均为沿晶扩展。漏点处裂纹有明显的热裂纹特征，焊缝金相组织为回火贝氏体，热影响区存在魏氏组织，晶粒较粗大，说明焊接过程中热输入量较大。母材金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度7-8级，球化级别1.5级。

（6）根据金相检验结果对1-1、4-2漏点焊缝的基体、裂纹内及晶界析出物进行能谱分析，结果显示，焊缝基体中含有较高的S元素；裂纹尖端内主要为O、S元素；晶界析出物含有较高的S、Mn元素。S极易与Mn、Fe形成MnS、FeS等硫化物，其中以FeS的形式最为有害，极易发生偏析，并形成低熔点的共晶Fe-FeS(熔点985℃)，呈薄膜状分布于晶界，从而导致热脆，使焊缝的结晶裂纹倾向偏大。

（7）根据以上检验结果分析认为：漏点处的焊点是更换水冷壁管过程中焊接所致，如对切割鳍片造成的管子损伤进行补焊等，在焊接过程中由于引入较多S元素，且焊接输入量较大，造成大量热裂纹产生。

3. 结论与建议

通过对#1角的两个水冷壁管段及#4角的两个水冷壁管段各项理化检验及分析，得出如下结论：

（1）旧管侧的母材化学成分及硬度值均符合相关标准规定，金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度7-8级，球化级别1.5级。

（2）1-2管环焊缝上方旧管段出现明显的弯曲变形，且1-1及4-1旧管向火侧壁厚明显减薄，减薄量超过设计壁厚的30%，已不能满足标准规定。

（3）水冷壁管泄漏的原因为：焊接人员违规使用火焊切割鳍片时误将水冷壁管割穿，之后对割穿部位进行了补焊，在焊接过程中由于引入较多S元素，且焊接输入量较大，造成大量的结晶热裂纹产生。

针对以上分析结论，建议：

（1）对现场所有相同位置的焊缝及附近管段进行普查，对出现弯曲变形及壁厚明显减薄的管段及早更换。

（2）加强对施工过程的监督，施工时要做到操作规范，严格按照工艺规程及相关规定进行操作，避免施工时造成其他管段及部件的损伤，并应保证焊接质量。

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