【锅炉】循环流化床锅炉水冷壁布风板管爆管原因分析

　　根据现场调研及取样分析，对某电厂的循环流化床锅炉水冷壁布风板管进行了失效分析。通过采用光谱分析、硬度测量、金相显微观察等实验手段，对失效管子的化学成分、力学性能以及显微组织进行了表征分析。确定了管子失效是由于浇注料脱落造成管子受热不均，结合管子自身组织缺陷，产生导致贯穿性疲劳裂纹从而导致管子泄漏。后根据实际情况，提出了预防措施和建议。

　　随着全社会对环境保护要求的不断提高，脱硫已成为锅炉运行中至关重要的一步。循环流化床(以下简称“CFB”)燃烧技术因具有脱硫效果好、燃烧效率高、燃料适应性高等点，目前已经成为国际上应用广泛的干法脱硫技术之一。我国目前已有数百台循环流化床锅炉投人使用或正在制造之中_1]。CFB锅炉系统的布风装置是锅炉空气供给系统的重要组成部分，可供锅炉实现流态化燃烧，与锅炉的流化质量和稳定运行有着密切的联系。CFB锅炉应用普遍的是风帽式布风装置。当布风装置出现故障时，会影响到燃烧工况，甚至锅炉无法实现流态化燃烧。因此，布风装置的风帽、风室、布风板等部件在CFB锅炉的稳定运行中起着重要的作用。

　　某电厂采用东方锅炉股份有限公司生产的DG一2069/17.4一Ⅱ1型CFB锅炉。2010年11月并网发电，于近期发生水冷壁布风板管爆管事故。我们结合现场调研情况，对爆管的位置进行了研究与分析。重点观察了管子的失效形貌、采用直读式光谱仪、光学显微镜(OM)、布氏硬度计等多种表征手段，对失效管子的化学成分、显微组织、力学性能等理化性质进行了测试与分析，并结合锅炉实际运行情况，分析了失效的成因与机理。同时，根据分析结果，提出对应的解决方案和预防措施，避免了同类型失效现象对锅炉运行的影响。

　　失效布风板管基本情况

　　爆管位置发生在2号锅炉炉底布风板管处，管子材质为SA一210C，规格为82.55mm×12.7mm。爆管管子区域附近管子上下均附着一层厚度约30mm的浇注料，爆管位置管子上方浇注料脱落，浇注料的作用是阻热及防磨。布风板管爆管后锅炉右侧后墙水冷壁管受到吹损，进而导致4根水冷壁管因吹损减薄发生爆管。

　　试验结果及讨论

　　2.1宏观失效形貌

　　开裂布风板管管子宏观形貌如图1所示。图1(a)所示为爆口附近形貌，可以清晰地看见水吹损减薄痕迹，边缘尖锐。同时，对该部位进行表面探伤，发现爆口边缘管壁外表面存在多条垂直于轴向的横向裂纹，如图中黑色方框所示。将图1(a)中黑色方框处截取出后观察，管子内壁形貌如图1(b)所示。由内壁形貌可知，管子内壁螺纹底部同样存在大量裂纹。在相邻管子相同位置截取试样，形貌如图1(c)所示，图中黑色方框处存在多条垂直于轴向的表面裂纹;图1(d)为截取图1(c)中黑色方框所示区域管子内壁形貌。观察后发现该样品内壁螺纹底部仍存在大量裂纹。由裂纹宏观形貌可以推断，裂纹有外壁起裂，向内壁扩展.并终贯穿整个管子。

　　(a)开裂处外表面裂纹形貌1

　　(b)开裂处内表面形貌1

　　(c)开裂处表面裂纹形貌2

　　(d)开裂处内表面形貌2

　　图1开裂布风板管管子宏观形貌

　　2.2化学成分分析

　　采用直读式光谱仪对管子开裂部位进行化学成分分析。结果见表l。成分分析结果表明，该失效管件的化学成分符合ASMESA一210标准中对SA一210C钢管的材质要求。

　　表1开裂管件化学成分(质量分数)

　　2.3力学性能分析

　　采用便携式里氏硬度计在裂纹附件进行硬度测量，测量前需对测量点位进行打磨和抛光处理，以达到硬度检验要求。硬度测量结果见表2。

　　结果表明，该失效部位硬度值满足ASMESA一210标准中对SA一210C钢管的硬度要求。

　　表2开裂管件硬度测量结果

　　2.4显微组织分析

　　对图l中开裂的管件进行切割取样制备金相样品，以便对其显微组织进行观察分析并参考碳钢金相评级标准对其进行评级，见图2。

　　(a)爆口边缘外表面金相组织

　　(b) 爆口边缘内表面金相组织

　　(c)爆口边缘外表面裂纹金相组织

　　图2开裂布风板管管子显微组织

　　图2(a)所示为爆口边缘外表面的金相组织，组织为铁素体加珠光体，呈3.5级球化。图2(b)所示为爆口边缘内表面的金相组织，组织为铁素体加珠光体，呈带状倾向性球化，球化等级为2级。图2(c)所示为爆口边缘外表面裂纹的金相组织，组织为铁素体加珠光体，呈3.5级球化。裂纹开裂形式为穿晶型，且主裂纹旁有次生微裂纹存在。

　　失效原因分析

　　结合外观检查，化学成分，硬度及金相试验分析可以看出，该布风管爆管原因为产生贯穿性疲劳裂纹而导致管材泄漏。

　　根据现场检查情况可知，浇筑料松动，在清理床料时，松动的浇筑料被清理走，表面由于床料覆盖，检查人员没有仔细检查，而使管子局部没有浇筑料而运行，管子形成一个交变的温差，从而形成应力场，而且该管子金相组织呈带状，带状组织材料横向力学性能低于纵向力学性能，故在交变的应力场下易形成了表面裂纹。

　　据循环流化床的磨损原理，布风管的磨损相对较少，浇筑料的作用主要是阻热，防止床料直接在管子上燃烧。浇筑料脱落以后，床料直接在管道上燃烧造成管道表面过热，床温平均温度为917℃，而布风板管内部水的温度为300℃左右，且布风管壁较厚(12.7mm)，导热能力差，这就造成脱落浇筑料的布风板管内外壁温差大而形成疲劳裂纹，是此次爆管的原因。

　　结语

　　(1)根据上述实验分析并结合现场检查结果，推断此布风板管失效的原因是由于浇注料脱落部位的布风板管内外壁温差大而形成疲劳裂纹，终导致爆管。

　　(2)停炉后，应将布风板上的床料全部清理干净，包括床灰，露出全部浇注料，对没有浇注料的地方及曾经浇注料脱落并补了的地方进行重点检查，如发现有问题，则对此地方全部检查，并抽检浇注料从来没有脱落的地方。