鍋爐四管泄漏中水冷壁爆管的原因分析

布置在爐膛內壁面上主要用水冷卻的受熱面，稱為水冷壁。它是工業和電站鍋爐的主要蒸發受熱面。水冷壁的主要作用是吸收爐內輻射熱，將水加熱成飽和蒸汽；保護爐墻，簡化爐墻結構，減輕爐墻重量，使爐墻外表面溫度降低；吸收爐內熱量，把煙氣冷卻到爐膛出口所允許的溫度，減輕爐內結渣、防止爐膛出口結渣。

鍋爐四管泄漏中水冷壁爆管的原因
　　1.腐蝕 
　　鍋爐水冷壁管的腐蝕根據腐蝕部位和環境不同可分為水汽側腐蝕和向火側腐蝕兩大類。 
　　1.1水汽側腐蝕 
　　水汽側腐蝕類型有堿腐蝕、酸腐蝕、氧腐蝕、氫損傷、應力腐蝕破裂、沉積物下腐蝕和腐蝕疲勞等。 
　 （1）堿性腐蝕 
　　宏觀表現為管子向火面內壁腐蝕坑凹凸不平，呈貝殼狀，坑穴內無裂紋，泄漏口壁厚明顯減薄；整根管子無管壁脹粗，內壁有明顯積垢。爐水中游離的NaOH在這些包括氧化鐵垢、硅酸鹽垢和鈣鎂垢為主的多孔沉積物下因爐水蒸濃而形成很高濃度的OH-，使爐管金屬發生垢下堿性腐蝕。隨著腐蝕坑加深，管壁逐漸變薄，管道能承受的應力將逐步降低，最終導致爆管。 
　 （2）氫腐蝕 
　　爆口處有一些裂紋向外延伸，邊緣為不平整的鈍邊，減薄不明顯，呈脆性破壞。內壁存在明顯的垢層，部分垢物已經脫落。 
　　由于汽水品質不良，內壁結成以氧化鐵為主的垢層，水垢的傳熱特性差，使垢下金屬管壁溫度升高，滲透到垢下的爐水會急劇蒸發，不能和爐管中的爐水相混合，結果使垢下爐水中的各種雜質濃度變得很高，產生游離的氫氧化鈉，垢下濃縮的氫氧化鈉溶液具有很強的腐蝕性，使爐管內壁表面的保護膜溶解，這部分鋼與游離的氫氧化鈉反應生成氫原子和亞鐵酸鈉，后者水解為Fe3O2和氫原子。當H原子不能被水流帶走，便開始向金屬內部滲透，從而產生氫腐蝕。 
　　（3）蒸汽腐蝕 
　　水冷壁管頻繁爆管均發生在衛燃帶附近熱負荷較高區域，當該區域管壁溫度大于400℃，管內產生汽水分層或循環停滯時，就可能發生蒸汽腐蝕，反應均生成甲烷，甲烷在鋼中的擴散能力很低，極易聚集在晶界原有的微觀空隙內，隨著反應不斷進行，晶間上的甲烷量不斷積聚增多，其分子很大，無法在鋼中擴散，于是在晶粒間產生非常高的局部內壓力，于是沿晶界生成晶間裂紋，進而產生微裂紋，使鋼的性能急劇降低，無法承受運行中的工作壓力，導致水冷壁爆管泄漏。 
　　1.2向火側腐蝕 
　　向火側水冷壁管腐蝕即高溫腐蝕，根據高溫腐蝕發生的原因及腐蝕產物成分的分析，煤粉鍋爐水冷壁高溫腐蝕一般可以分為以下幾種類型：硫酸鹽型高溫腐蝕、硫化物型高溫腐蝕、氯化物型高溫腐蝕以及還原性氣氛引起的高溫腐蝕。 
　　2.過熱 
　　宏觀表現為原始爆口呈喇叭狀，邊緣鋒利且減薄嚴重，爆口有剪切唇，呈撕裂狀，變形嚴重，內壁光滑，向火側表面有一層黑色氧化皮，有明顯塑性變形，呈韌性爆口。 
　　爆管主要是由于短時急劇過熱造成材料的高溫強度降低，從而引起塑性變形和瞬間破裂，并不是長時間過熱引起的蠕變失效開裂。很多情況是由于異物堵塞水冷壁管，造成管內介質流動不暢，被異物堵塞處水冷壁管不能得到可靠冷卻，短時急劇過熱造成材料的高溫強度降低，從而引起瞬間破裂。我廠一號爐曾經出現過因水冷壁下聯箱蒸汽推動管支架開裂、松動，造成對水冷壁管的堵塞。 
　　3.磨損 
　　3.1煤粉顆粒磨損 
　　該類磨損常見于燃煤鍋爐旋流燃燒器出口的水冷壁區域。由于二次風旋轉強度大，使得煤粉顆粒向前運動時受到離心力作用，進入爐膛時撞擊燃燒器出口的水冷壁管，磨損管壁。此外，如果燃燒器噴口安裝角度、位置不當或者燒損變形，則煤粉氣流通過直流燃燒器時，可能直接沖刷磨損噴口兩側的水冷壁管。 
　　3.2機械磨損 
　　機械磨損是指由于管卡變形、開焊，支吊架松動，定位塊脫落，并在運行過程中與管子相互摩擦、刮蹭，從而出現管子磨損。該磨損達到一定程度后，管子的承壓能力就會大幅度下降，最終導致爆破。 
　　3.3落渣磨損在鍋爐運行過程中，過熱器或燃燒器區域爐墻上粘結的灰渣從高處落下，撞擊在鍋爐冷灰斗傾斜水冷壁上，使管壁表面受到沖擊或磨損減薄，進而造成爆管。 
　　3.4焊接質量 
　　鍋爐各受熱面是由焊接組成起來的，焊口焊接質量和焊縫組織不合格常是引起事故的根源。焊接的缺陷主要有焊口未熔、未焊透、氣孔、砂眼、夾渣、裂紋、咬邊等致使焊口處成為薄弱部位而造成爆管。此外還有焊接殘余應力過大，還有異種材料對接會在焊接接頭處因惹脹差發生環向的破裂。