塔式炉水冷壁结构特点
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时间：2017-10-27
1 概述
徐州华润电力有限公司三期2*1000MW超超临界直流锅炉为上海锅炉厂引进德国ALSTOM公司技术生成的塔式锅炉，两台锅炉投产时间分别为2010年6月和2010年7月。水冷壁采用螺旋+垂直管圈布置，具有热负荷均匀、水动力稳定、水冷壁出口温度偏差小等优点，但机组投运以来，多次发生水冷壁泄漏事故，给机组稳定运行带来极大隐患，同时每次检修都发现大量T23材质水冷壁裂纹缺陷，给机组检修带来很大难度。塔式炉燃烧器水冷套弯管吹损及冷灰斗区域磨损，也是该炉型水冷壁每次检修的重点区域。
2 塔式炉水冷壁结构布置介绍
徐州华润电力有限公司三期两台塔式炉为螺旋管圈直流炉，单炉膛塔式布置，四角切圆燃烧。炉膛宽度21480mm，炉膛深度21480mm，炉膛由膜式管子组成，水冷壁采用螺旋管加垂直管的布置方式。从炉膛冷灰斗进口标高4450mm到标高61013mm处采用螺旋管圈，61013mm向上为垂直管圈，螺旋管圈与垂直管圈通过十二通进行连接。垂直管圈分为两部分，下部垂直管圈管子规格为38.1mm，节距600mm，上部管子规格为44.5mm，节距120mm，上、下部垂直管通过Y型三通合并。冷灰斗下部螺旋管圈材料为15CrMoG，冷灰斗上部螺旋管圈材料为T23，垂直管圈材料均为T23。
3 塔式炉水冷壁运行期间泄漏情况介绍
徐州华润电力有限公司三期两台塔式炉自投产以来水冷壁共泄漏28次，综合分析泄漏原因，9次为焊缝缺陷，4次为磨损减薄，其余15次均为鳍片裂纹造成；T23管材与15CrMo管材泄漏次数分别是20次和8次。
泄漏主要原因分析如下：
（1）T23水冷壁鳍片材质为SA387-Cr12CL，在与T23管材焊接时，焊后容易出现裂纹，裂纹因应力交变延伸至水冷壁母材，因强度降低导致泄漏。（2）T23管具有再热裂纹倾向，特别是在热影响区容易出现裂纹，导致泄漏。（3）炉外钢梁与水冷壁采用塞块连接，塞块直接与水冷壁管焊接，水冷壁炉膛内外壁温存在差异，焊缝区域硬度较大，应力交变导致泄漏。（4）冷灰斗及燃烧器管屏磨损泄漏。
4 塔式炉水冷壁历次检修发现的主要问题及应对策略
4.1 冷灰斗区域水冷壁管磨损减薄
采用螺旋水冷壁的直流锅炉，冷灰斗磨损发生在水冷壁管顺前后墙斜坡滑落部位，在接近角部时水冷壁管倾斜角度变大，由于掉落在冷灰斗区域的灰渣顺水冷壁管间沟槽滑落，在大斜角水冷壁管区域会产生较大的加速，从而造成严重的磨损。为了防止角部水冷壁快速磨损泄漏，在机组检修期间对前后墙四角水冷壁冷灰斗进行浇注料防磨改造，浇注料端部加装防磨瓦，并沿灰渣滑动方向设置梳型板减缓落渣流速，分散灰渣对局部造成集中冲击。
4.2 燃烧器水冷套弯管吹损
燃烧器水冷套弯管吹损是上海锅炉厂塔式炉普遍存在的问题，国华台山、国华徐州等各厂均存在水冷套弯管磨损问题，水冷套吹损原因主要和燃烧器结构设计、喷口局部间隙大漏风有关。为防止燃烧器水冷套吹损爆管，徐州华润电厂在燃烧器喷口与水冷套之间加装了不锈钢挡风板，并在历次机组检修中对挡风板进行维修更换。
4.3 T23水冷壁焊口及鳍片裂纹缺陷
4.3.1 T23水冷壁焊口裂纹
机组投产初期T23水冷壁焊口横向裂纹是导致水冷壁泄漏主要因素，也是历次检修检查的重点问题。其中2010年9月，#5锅炉上水检查发现6只焊口泄漏，右侧墙扩大X射线检验又发现19只焊口缺陷；2010年10月，再次扩大检测，又发现12只焊口裂纹。2010年8月#6锅炉右侧墙检查割口换管9根；2010年11月，水冷壁四面墙100%检测，又发现了31只焊口裂纹，其中3只为上次检测后新发现裂纹。
T23对接焊口的裂纹主要发生在向火侧，大多沿焊缝横向开裂，横贯焊缝止于两侧母材。经检测分析，焊缝裂纹多始于接头内部，向外延伸至外壁，焊缝高温短时强度试验满足标准要求，且强度高于母材。但存在向火侧焊缝和粗晶区的硬度偏高，且明显高于母材的硬度和向火面及背火面焊缝冲击功都很低的问题。对裂纹取样分析见表1。
按照DL/T 868-2004《焊接工艺评定规程》要求，冲击试验合格标准为冲击功的平均值不应低于相关技术文件规定的钢材的下限值，且不得小于27。现场焊缝韧性检测低于标准要求50%以上，这一方面可能是原始焊缝韧性不合格，也可能是由于运行后焊缝冲击韧性明显降低。冲击韧性降低将导致管材塑性降低，容易产生裂纹缺陷。
4.3.2 T23水冷壁鳍片裂纹
塔式炉T23水冷壁鳍片裂纹主要体现在Y型三通区域和燃烧器及过渡段水冷壁区域，因其隐藏深、检查难、数量大、发展快、诱因多等特点，已经成为目前影响锅炉安全穩定运行的最大隐患。见表2。
徐州电厂#6锅炉2017年4月发生一起炉前水冷壁Y型三通鳍片裂纹延伸至焊口融合线导致泄漏的事故，通过停机排查，又发现大量隐藏的焊口处鳍片隐性裂纹，给机组稳定运行带来巨大隐患。2017年5月份#5锅炉505C修期间对T23水冷壁鳍片裂纹进行了详细彻底排查，并分类统计：水冷壁鳍片裂纹合计878只，其中一般鳍片裂纹524，延伸至焊缝鳍片裂纹145只，延伸至管壁鳍片裂纹162只，射线检测并经验证鳍片裂纹47只。
4.3.3 裂纹原因分析
徐州华润电力有限公司三期2*1000MW超超临界直流锅炉为上海锅炉厂引进德国ALSTOM公司技术生成的塔式锅炉，两台锅炉投产时间分别为2010年6月和2010年7月。水冷壁采用螺旋+垂直管圈布置，具有热负荷均匀、水动力稳定、水冷壁出口温度偏差小等优点，但机组投运以来，多次发生水冷壁泄漏事故，给机组稳定运行带来极大隐患，同时每次检修都发现大量T23材质水冷壁裂纹缺陷，给机组检修带来很大难度。塔式炉燃烧器水冷套弯管吹损及冷灰斗区域磨损，也是该炉型水冷壁每次检修的重点区域。
2 塔式炉水冷壁结构布置介绍
徐州华润电力有限公司三期两台塔式炉为螺旋管圈直流炉，单炉膛塔式布置，四角切圆燃烧。炉膛宽度21480mm，炉膛深度21480mm，炉膛由膜式管子组成，水冷壁采用螺旋管加垂直管的布置方式。从炉膛冷灰斗进口标高4450mm到标高61013mm处采用螺旋管圈，61013mm向上为垂直管圈，螺旋管圈与垂直管圈通过十二通进行连接。垂直管圈分为两部分，下部垂直管圈管子规格为38.1mm，节距600mm，上部管子规格为44.5mm，节距120mm，上、下部垂直管通过Y型三通合并。冷灰斗下部螺旋管圈材料为15CrMoG，冷灰斗上部螺旋管圈材料为T23，垂直管圈材料均为T23。
3 塔式炉水冷壁运行期间泄漏情况介绍
徐州华润电力有限公司三期两台塔式炉自投产以来水冷壁共泄漏28次，综合分析泄漏原因，9次为焊缝缺陷，4次为磨损减薄，其余15次均为鳍片裂纹造成；T23管材与15CrMo管材泄漏次数分别是20次和8次。
泄漏主要原因分析如下：
（1）T23水冷壁鳍片材质为SA387-Cr12CL，在与T23管材焊接时，焊后容易出现裂纹，裂纹因应力交变延伸至水冷壁母材，因强度降低导致泄漏。（2）T23管具有再热裂纹倾向，特别是在热影响区容易出现裂纹，导致泄漏。（3）炉外钢梁与水冷壁采用塞块连接，塞块直接与水冷壁管焊接，水冷壁炉膛内外壁温存在差异，焊缝区域硬度较大，应力交变导致泄漏。（4）冷灰斗及燃烧器管屏磨损泄漏。
4 塔式炉水冷壁历次检修发现的主要问题及应对策略
4.1 冷灰斗区域水冷壁管磨损减薄
采用螺旋水冷壁的直流锅炉，冷灰斗磨损发生在水冷壁管顺前后墙斜坡滑落部位，在接近角部时水冷壁管倾斜角度变大，由于掉落在冷灰斗区域的灰渣顺水冷壁管间沟槽滑落，在大斜角水冷壁管区域会产生较大的加速，从而造成严重的磨损。为了防止角部水冷壁快速磨损泄漏，在机组检修期间对前后墙四角水冷壁冷灰斗进行浇注料防磨改造，浇注料端部加装防磨瓦，并沿灰渣滑动方向设置梳型板减缓落渣流速，分散灰渣对局部造成集中冲击。
4.2 燃烧器水冷套弯管吹损
燃烧器水冷套弯管吹损是上海锅炉厂塔式炉普遍存在的问题，国华台山、国华徐州等各厂均存在水冷套弯管磨损问题，水冷套吹损原因主要和燃烧器结构设计、喷口局部间隙大漏风有关。为防止燃烧器水冷套吹损爆管，徐州华润电厂在燃烧器喷口与水冷套之间加装了不锈钢挡风板，并在历次机组检修中对挡风板进行维修更换。
4.3 T23水冷壁焊口及鳍片裂纹缺陷
4.3.1 T23水冷壁焊口裂纹
机组投产初期T23水冷壁焊口横向裂纹是导致水冷壁泄漏主要因素，也是历次检修检查的重点问题。其中2010年9月，#5锅炉上水检查发现6只焊口泄漏，右侧墙扩大X射线检验又发现19只焊口缺陷；2010年10月，再次扩大检测，又发现12只焊口裂纹。2010年8月#6锅炉右侧墙检查割口换管9根；2010年11月，水冷壁四面墙100%检测，又发现了31只焊口裂纹，其中3只为上次检测后新发现裂纹。
T23对接焊口的裂纹主要发生在向火侧，大多沿焊缝横向开裂，横贯焊缝止于两侧母材。经检测分析，焊缝裂纹多始于接头内部，向外延伸至外壁，焊缝高温短时强度试验满足标准要求，且强度高于母材。但存在向火侧焊缝和粗晶区的硬度偏高，且明显高于母材的硬度和向火面及背火面焊缝冲击功都很低的问题。对裂纹取样分析见表1。
按照DL/T 868-2004《焊接工艺评定规程》要求，冲击试验合格标准为冲击功的平均值不应低于相关技术文件规定的钢材的下限值，且不得小于27。现场焊缝韧性检测低于标准要求50%以上，这一方面可能是原始焊缝韧性不合格，也可能是由于运行后焊缝冲击韧性明显降低。冲击韧性降低将导致管材塑性降低，容易产生裂纹缺陷。
4.3.2 T23水冷壁鳍片裂纹
塔式炉T23水冷壁鳍片裂纹主要体现在Y型三通区域和燃烧器及过渡段水冷壁区域，因其隐藏深、检查难、数量大、发展快、诱因多等特点，已经成为目前影响锅炉安全穩定运行的最大隐患。见表2。
徐州电厂#6锅炉2017年4月发生一起炉前水冷壁Y型三通鳍片裂纹延伸至焊口融合线导致泄漏的事故，通过停机排查，又发现大量隐藏的焊口处鳍片隐性裂纹，给机组稳定运行带来巨大隐患。2017年5月份#5锅炉505C修期间对T23水冷壁鳍片裂纹进行了详细彻底排查，并分类统计：水冷壁鳍片裂纹合计878只，其中一般鳍片裂纹524，延伸至焊缝鳍片裂纹145只，延伸至管壁鳍片裂纹162只，射线检测并经验证鳍片裂纹47只。
4.3.3 裂纹原因分析
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