Page 74 - 理化检验-物理分册2024年第十二期

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质量控制与失效分析 DOI:10.11973/lhjy-wl240236

电厂锅炉水冷壁管泄漏原因

张 炜，许龙发，张志达
（广州特种设备检测研究院，广州 510663）

摘 要：某电厂锅炉在运行状态下发生水冷壁爆管事故，采用宏观观察、力学性能测试、化学成分
分析、金相检验、扫描电镜及能谱分析等方法对爆管原因进行分析。结果表明：水冷壁密封板根部
存在未熔合缺陷，在该缺陷处容易形成应力集中；在锅炉启停或载荷频繁波动造成的疲劳应力，以
及密封板与水冷壁管间温差热应力的综合作用下，水冷壁管形成疲劳裂纹，裂纹逐渐向管内壁扩展，
最终穿透管壁，导致水冷壁管发生泄漏事故。
关键词： 水冷壁管；焊接缺陷；疲劳裂纹；热应力；载荷
中图分类号：TG115.2 文献标志码：B 文章编号：1001-4012(2024)12-0058-05
Leakage reason of water wall tube of boiler in power plant

ZHANG Wei, XU Longfa, ZHANG Zhida
(Guangzhou Special Equipment Inpection and Research Institute, Guangzhou 510663, China)

Abstract: A water wall tube explosion accident occurred in a power plant boiler during operation. The causes
of tube explosion were analyzed by means of macroscopic observation, mechanical property test, chemical composition
analysis, metallographic examination, scanning electron microscope and energy spectrum analysis. The results show
that there was an incomplete fusion defect at the root of the seal plate of the water wall, and stress concentration was
easy to form at the defect. Under the combined action of fatigue stress caused by boiler start-stop or frequent load
fluctuation and thermal stress caused by temperature difference between sealing plate and water wall tube, fatigue
cracks were formed in water wall tube. The cracks gradually expanded to the inner wall of the tube, and finally
penetrated the tube wall, resulting in leakage accident of water wall tube.
Keywords: water wall tube; welding defect; fatigue crack; thermal stress; load

水冷壁管是锅炉热量传递的核心部件，其在正 壁厚），密封板材料为 Q235-A 钢。2023 年 8 月，锅
常运行状态须承受机组启停、载荷变化带来的温度 炉后水冷壁上部发生泄漏现象，停机检修期发现炉
场、应力场变化 [1-3] ，以及高温烟气、水汽介质的冲刷 膛上部折焰角斜坡位置左数第22根水冷壁管开裂泄
和腐蚀作用 [4-6] 。管材料中的原始缺陷 [7-8] 、施工焊 漏。为保障机组正常运行，笔者采用一系列理化检
接缺陷等 [9-10] 将直接影响水冷壁管的使用寿命，极 验方法对锅炉水冷壁爆管事故原因进行分析，并提
出改进措施。
易发生水冷壁爆管泄漏事故，严重威胁锅炉的安全
性 [11] 。某发电厂3号锅炉为某锅炉厂生产的亚临界 1 理化检验
自然循环汽包炉，于 2007 年 8 月投入使用，累计运 1.1 宏观观察
行 18 万h。锅炉使用单炉膛∏型布置，四角切圆燃 泄漏水冷壁管位于折焰角斜坡炉左数第 22 根
烧，固态排渣，水冷壁管为鳍片焊接的膜式水冷壁 水冷壁管直管段，泄漏水冷壁管宏观形貌如图 1 所
管，材料为20G钢， 规格为63.5 mm×8 mm（外径× 示。由图 1 可知：开裂位置上方补焊密封板，密封
板拼口处缺口平整，未见火焰切割与机械切割痕
收稿日期：2024-08-18
迹，未见明显的腐蚀产物层；裂纹由密封板拼口处
基金项目：广州市市场监管局科技项目（2024KJ20）
作者简介：张 炜（1987—），男，硕士，工程师，主要从事金属材 启裂，沿密封板角焊缝向水冷壁管焊趾扩展，止裂
于水冷壁向火侧母材，裂纹环向长度约为 10 mm，
料的失效分析、特种设备安全研究工作， weizhang368@163.com
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