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【摘要】电站锅炉水冷壁管爆管事故是锅炉运行中最常见的事故之一，易造成紧急停炉影响生产，甚至发生人身伤亡，给企业带来巨大的经济损失。近几年，笔者在电站锅炉运行情况调查和检验中发现了大量水冷壁管存在的缺陷，以下通过几个典型案例，来说明水冷壁损坏的一些规律。
【关键词】电站锅炉 水冷壁管 缺陷
1 局部磨损造成的失效
磨损是电站锅炉运行中难以避免的损坏形式，普遍大面积的磨损在检验测厚中比较容易发现，可以及时排除隐患，而局部磨损一般比较隐蔽，且磨损程度较严重，往往引起大量的爆管事故。出现局部磨损缺陷较多的部位主要有：循环流化床锅炉水冷壁防磨梁上边缘与水冷壁管接触处、测温等电偶周围、卫燃带以上四周墙角、鳍片焊缝凸起处和煤粉炉燃烧器周围等，举例如下：
1.1 给风偏吹导致的磨损
某循环流化床发电锅炉，该炉炉膛内左右侧水冷壁中间部位浇注料以上约0.5米处设计了瓦斯气体燃烧器，在检验中发现燃烧器后数第一根水冷壁管存在一处磨损，面积约40mm×150mm，最严重处剩余壁厚1.2mm。如图1。
1.1.1？磨损原因分析
燃烧器风帽焊缝开裂，造成给风偏吹，使炉膛内的烟气、煤颗粒吹扫临近水冷壁管。
1.1.2？缺陷消除
更换该段水冷壁管，更换长度不小于0.5米；修复开裂风帽。
某循环流化床发电锅炉，炉膛内前墙水冷壁中间部位卫燃带以上约1-2米处水冷壁管外表面存在十余处局部磨损，磨损面积最大处30mm×390mm，磨损深度最大处约3-4mm，如图2。
1.2.1？磨损原因分析
在磨损严重区域，可以看到管壁间的鳍片中间焊缝不平整，出现凸起，磨损部位走向基本跟随不平整的鳍片焊缝走向，而且鳍片焊缝凸起越高的部位，相邻水冷壁磨损越严重，所以可以得出，灰流冲击凸起的鳍片焊缝，方向改变，产生扰动，扰流冲刷相邻水冷壁管，造成快速冲刷磨损，形成图示磨损形貌。
1.2.2？整改措施
（1）对磨损部位进行补焊，采用小的焊条直径、小的焊接电流，断弧焊接，防止过热，焊后对焊肉进行打磨，使焊接部位管壁与其它管壁保持同一弧面。
（2）修磨凸起的鳍片中间焊缝，保持壁面平整，避免凸凹部位的出现。
2 局部过热造成的失效
过热引起的裂纹、涨粗变形和爆管也是水冷壁管的常见缺陷之一，在检验前需详细查阅炉膛测温记录，确定是否存在偏烧和局部烟温超温等情况，以便检验时重点检验炉膛内高温区部位，防止局部裂纹、变形等缺陷漏检，举例如下：
2.1 长期过热导致的失效
某发电锅炉锅炉炉膛前墙中间部位水冷壁管燃烧器以上3米处爆管，燃烧器以上4米范围水冷壁管存在十余处较轻胀粗现象，胀粗部位外表面存在纵向密集纤维状裂纹，管壁外表面存在脆性氧化皮，如图3。
2.1.1？爆口特征分析
爆口不大，断裂面未见明显减薄，边缘为钝边，断裂面粗糙不平，边缘存在平行于爆口的轴向裂纹，爆口上下左右部位管子均有较轻胀粗现象，经金相分析，珠光体球化4级，鉴于以上特征和缺陷所处炉膛位置初步认为爆口因长期过热所致。
2.1.2？原因分析
（1）该部位属于炉膛火焰中心上部，为炉膛高温区；
（2）右后侧燃烧器射流向上偏转且假想切圆半径过大，火焰冲击前墙水冷壁管，管壁温度升高；
（3）水冷壁管长期过热，在长期超温下，碳化物析出来开始长大，汇聚晶界，基地碳化物消失，随时间延长，蠕变发展，球化严重部位蠕变孔洞连接成链状，形成纤维裂纹。
（2）调正右后侧燃烧器并控制气流射程，缩短火焰长度，避免火焰冲击前墙水冷壁管；
（3）调节合适的假想切圆半径，四角配风均匀；
（4）运行时及时监测和控制炉内火焰最高温度，特别是燃烧器区域附近的火焰中心处。
3 热疲劳造成的失效
水冷壁管产生热疲劳的原因多为结构设计不合理或运行状况异常出现传热恶化时导致，一般出现缺陷的管子范围较大，检验中对怀疑有热疲劳的的部位可适当增加割管和磁粉探伤检验，举例说明：
（1）某燃烧废气发电锅炉喷燃器前侧下方约2-4米区域内，20余根水冷壁管子向火侧外壁发现大量垂直于管子轴线方向的相互平行的直线型裂纹，裂纹长度为2-10mm，如图4。
3.1.1？裂纹原因分析
裂纹形态为横向裂纹，管壁无明显过热、胀粗和减薄，割管内壁未发现水垢和腐蚀产物，金相检测组织未发现异常，根据缺陷特征和检测结果可以判定裂纹产生的主要原因是强换热区域造成的金属局部热疲劳损坏，形成机理为：
（1）该部位水冷壁管外侧受外层火焰直接喷射，为炉膛内高温区，水冷壁管内侧为下锅筒供给的温度较低的汽水混合物，同炉膛其他部位相比，此处水冷壁管内外侧温度悬殊最大，产生温度梯度也最大，从而产生较大热应力。
（2）该部位为强换热区，水冷壁管内侧水汽化速度快，内壁聚集的汽泡是不稳定的，聚集的汽泡和水不断交替，蒸汽的导热系数较低，使得管壁温度升高，水的导热系数大，使得管壁温度迅速降低，壁温上升和下降的速度均很快，这样管壁温度产生随机、脉动性的波动，就会在管壁产生交变热应力，管壁温度波动幅度高，管壁向火侧的温度峰值相对于水冷壁管壁平均温度的差值大，管壁向火侧的轴向热应力高，造成水冷壁管子向火侧横向裂纹。
（3）该炉起停频繁，亦产生交变热应力。综上管壁温度分布不均匀和温度的急剧波动给管壁内部造成的自由膨胀或收缩受到约束时在管壁产生热应力，热应力随着温度的波动而反复变化，从而导致管壁热疲劳。
3.1.2？整改措施
（1）更换产生裂纹的水冷壁管。
（2）在该部位砌筑耐火砖，降低水冷壁管外壁温度，减少外壁温度波动，降低壁温波动幅度。
4 结论
综上所述，电站锅炉在运行和定期检验中，对上述部位水冷壁应进行重点检查，以便于及时发现即将失效的局部水冷壁管子，防止爆管事故的发生，对保障电厂安全生产和延长锅炉安全运行周期有一定的积极意义。
【关键词】电站锅炉 水冷壁管 缺陷
1 局部磨损造成的失效
磨损是电站锅炉运行中难以避免的损坏形式，普遍大面积的磨损在检验测厚中比较容易发现，可以及时排除隐患，而局部磨损一般比较隐蔽，且磨损程度较严重，往往引起大量的爆管事故。出现局部磨损缺陷较多的部位主要有：循环流化床锅炉水冷壁防磨梁上边缘与水冷壁管接触处、测温等电偶周围、卫燃带以上四周墙角、鳍片焊缝凸起处和煤粉炉燃烧器周围等，举例如下：
1.1 给风偏吹导致的磨损
某循环流化床发电锅炉，该炉炉膛内左右侧水冷壁中间部位浇注料以上约0.5米处设计了瓦斯气体燃烧器，在检验中发现燃烧器后数第一根水冷壁管存在一处磨损，面积约40mm×150mm，最严重处剩余壁厚1.2mm。如图1。
1.1.1？磨损原因分析
燃烧器风帽焊缝开裂，造成给风偏吹，使炉膛内的烟气、煤颗粒吹扫临近水冷壁管。
1.1.2？缺陷消除
更换该段水冷壁管，更换长度不小于0.5米；修复开裂风帽。
某循环流化床发电锅炉，炉膛内前墙水冷壁中间部位卫燃带以上约1-2米处水冷壁管外表面存在十余处局部磨损，磨损面积最大处30mm×390mm，磨损深度最大处约3-4mm，如图2。
1.2.1？磨损原因分析
在磨损严重区域，可以看到管壁间的鳍片中间焊缝不平整，出现凸起，磨损部位走向基本跟随不平整的鳍片焊缝走向，而且鳍片焊缝凸起越高的部位，相邻水冷壁磨损越严重，所以可以得出，灰流冲击凸起的鳍片焊缝，方向改变，产生扰动，扰流冲刷相邻水冷壁管，造成快速冲刷磨损，形成图示磨损形貌。
1.2.2？整改措施
（1）对磨损部位进行补焊，采用小的焊条直径、小的焊接电流，断弧焊接，防止过热，焊后对焊肉进行打磨，使焊接部位管壁与其它管壁保持同一弧面。
（2）修磨凸起的鳍片中间焊缝，保持壁面平整，避免凸凹部位的出现。
2 局部过热造成的失效
过热引起的裂纹、涨粗变形和爆管也是水冷壁管的常见缺陷之一，在检验前需详细查阅炉膛测温记录，确定是否存在偏烧和局部烟温超温等情况，以便检验时重点检验炉膛内高温区部位，防止局部裂纹、变形等缺陷漏检，举例如下：
2.1 长期过热导致的失效
某发电锅炉锅炉炉膛前墙中间部位水冷壁管燃烧器以上3米处爆管，燃烧器以上4米范围水冷壁管存在十余处较轻胀粗现象，胀粗部位外表面存在纵向密集纤维状裂纹，管壁外表面存在脆性氧化皮，如图3。
2.1.1？爆口特征分析
爆口不大，断裂面未见明显减薄，边缘为钝边，断裂面粗糙不平，边缘存在平行于爆口的轴向裂纹，爆口上下左右部位管子均有较轻胀粗现象，经金相分析，珠光体球化4级，鉴于以上特征和缺陷所处炉膛位置初步认为爆口因长期过热所致。
2.1.2？原因分析
（1）该部位属于炉膛火焰中心上部，为炉膛高温区；
（2）右后侧燃烧器射流向上偏转且假想切圆半径过大，火焰冲击前墙水冷壁管，管壁温度升高；
（3）水冷壁管长期过热，在长期超温下，碳化物析出来开始长大，汇聚晶界，基地碳化物消失，随时间延长，蠕变发展，球化严重部位蠕变孔洞连接成链状，形成纤维裂纹。
（2）调正右后侧燃烧器并控制气流射程，缩短火焰长度，避免火焰冲击前墙水冷壁管；
（3）调节合适的假想切圆半径，四角配风均匀；
（4）运行时及时监测和控制炉内火焰最高温度，特别是燃烧器区域附近的火焰中心处。
3 热疲劳造成的失效
水冷壁管产生热疲劳的原因多为结构设计不合理或运行状况异常出现传热恶化时导致，一般出现缺陷的管子范围较大，检验中对怀疑有热疲劳的的部位可适当增加割管和磁粉探伤检验，举例说明：
（1）某燃烧废气发电锅炉喷燃器前侧下方约2-4米区域内，20余根水冷壁管子向火侧外壁发现大量垂直于管子轴线方向的相互平行的直线型裂纹，裂纹长度为2-10mm，如图4。
3.1.1？裂纹原因分析
裂纹形态为横向裂纹，管壁无明显过热、胀粗和减薄，割管内壁未发现水垢和腐蚀产物，金相检测组织未发现异常，根据缺陷特征和检测结果可以判定裂纹产生的主要原因是强换热区域造成的金属局部热疲劳损坏，形成机理为：
（1）该部位水冷壁管外侧受外层火焰直接喷射，为炉膛内高温区，水冷壁管内侧为下锅筒供给的温度较低的汽水混合物，同炉膛其他部位相比，此处水冷壁管内外侧温度悬殊最大，产生温度梯度也最大，从而产生较大热应力。
（2）该部位为强换热区，水冷壁管内侧水汽化速度快，内壁聚集的汽泡是不稳定的，聚集的汽泡和水不断交替，蒸汽的导热系数较低，使得管壁温度升高，水的导热系数大，使得管壁温度迅速降低，壁温上升和下降的速度均很快，这样管壁温度产生随机、脉动性的波动，就会在管壁产生交变热应力，管壁温度波动幅度高，管壁向火侧的温度峰值相对于水冷壁管壁平均温度的差值大，管壁向火侧的轴向热应力高，造成水冷壁管子向火侧横向裂纹。
（3）该炉起停频繁，亦产生交变热应力。综上管壁温度分布不均匀和温度的急剧波动给管壁内部造成的自由膨胀或收缩受到约束时在管壁产生热应力，热应力随着温度的波动而反复变化，从而导致管壁热疲劳。
3.1.2？整改措施
（1）更换产生裂纹的水冷壁管。
（2）在该部位砌筑耐火砖，降低水冷壁管外壁温度，减少外壁温度波动，降低壁温波动幅度。
4 结论
综上所述，电站锅炉在运行和定期检验中，对上述部位水冷壁应进行重点检查，以便于及时发现即将失效的局部水冷壁管子，防止爆管事故的发生，对保障电厂安全生产和延长锅炉安全运行周期有一定的积极意义。