1、前  言
    某電廠2號鍋爐由哈爾濱動力集團制造，為亞臨界壓力一次中間再熱自然循環爐，平衡通風和四角切園燃燒方式，燃用煙煤、貧煤，采用煙氣擋板調節再熱汽溫。鍋爐以MCR工況為設計參數，在機組電負荷為333 MW工況時最大連續蒸發量為1025t/h，機組電負荷為300 MW時，蒸發量為910.5t/h，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機、秸稈壓塊機壓制的生物質顆粒燃料。
    爐膛四周為全焊式膜式水冷壁，水冷壁規格為∮63.5 mm×8 mm，節距S=76.2 mm。后水冷壁經折焰角后抽出35根管作為后水冷壁吊掛管，管徑為∮76 mm。水冷壁延伸側墻及水冷壁對流排管的規格為∮76 mm×9mm。
    2001年12月1日，機組在168 h試運行期間，2號鍋爐水冷壁延伸管右數第24根（標高5lm、折焰角附近彎頭處）左右鰭片根部兩側發生泄漏。為分析泄漏原因，進行了一系列相關試驗。
2、試驗內容及結果
2.1宏觀檢查
    水冷壁管設計材質為20G，規格為476 mm×9mm。泄漏處管子及彎頭無明顯變形。彎頭橢圓度測量，長軸為76.44mm，短軸為74.00 mm，不圓度為3.2 01。
    在泄漏彎頭處兩側鰭片的端部明顯可見裂紋。右側裂紋起源于彎頭起彎處，鰭片角焊縫端部和梳型板角焊縫的工形焊接接口處已經裂穿，泄漏蒸汽將右水冷壁管吹穿。裂紋一端沿鰭片焊縫熔合區向上開裂，裂紋有分叉；另一端沿周向發展，呈水平直線形，無分叉，然后在彎頭左側轉折向上發展（見圖2）。斷口檢查發現裂紋已經貫穿，斷口整齊。在裂紋附近焊縫的外觀檢查發現多處咬邊（最深為0.5 mm左右，最長為10 mm），斷口有夾渣，在裂紋起裂處的梳形板角焊縫斷口可見內部氣孔（∮1mm左右）。
    彎頭左側裂紋沿鰭片焊縫的外壁熔合區起裂并擴展，無分叉，斷口檢查見裂紋己貫穿，且斷口整齊。
2.2壁厚測量
    在開裂泄漏彎頭附近，對水冷壁管壁厚進行測量，結果如表1所示。
    由測量結果可見，管壁最薄處為水冷壁管彎頭外彎面(9.0 mm)，符合設計要求。
2.3  化學元素分析
    在開裂泄漏的彎頭附近取樣進行化學元素分析，試驗結果如表2所示。
    可見，試樣的化學元素成分符合CJB5130- 95《高壓鍋爐用無縫鋼管》標準的要求。
2.4  力學性能試驗
    取開裂泄漏附近處的管段作為試樣，進行拉伸試驗，具體數據如表3所示。經比較可知，母材的抗拉強度符合GB5130-95《高壓鍋爐用無縫鋼管》標準要求。
2.5金相分析
    在泄漏管上相關部位共取7處試樣進行金相分析。其中試樣1為離泄漏位置500 mm處管段(見圖3)，試樣4取右側裂紋的左側尖端。
    試樣1的金相組織為片狀珠光體十鐵素體，珠光體球化為1級；試樣4的金相組織為片狀珠光體十鐵素體，珠光體球化為l級，裂紋無分叉，為穿晶形裂紋，橫斷面可見裂紋從外壁起裂，沿焊接熔合區開裂。
2.6顯微硬度測量
    測量試樣的顯微硬度值，數據見表4。顯微硬度
值無異常。
2.7  斷口掃描電鏡分析
    對裂紋的斷口進行電鏡斷口掃描分析，可見裂紋起源于鰭片角焊縫和梳型板角焊縫的T形焊接接口處，從外壁起裂。斷口可見貝殼狀疲勞紋（見圖6），并可見穿晶型二次裂紋，為穿晶斷口(見圖7)。
3、結論及處理措施
3.1結  論
    各種分析結果表明：水冷壁管開裂泄漏是由于振動引起的疲勞失效。開裂的水冷壁管處于爐膛折焰角附近，機組運行時，由于煙氣的沖刷和渦流的作用，管子產生振動，振動產生的交變應力最大作用處是管子彎頭起彎處，正好是鰭片角焊縫和梳型板角焊縫的工形焊接接頭處，焊接熱影響區機械性能相對較低（一般布氏硬度低20%左右），T型接頭經過2次焊接，其熱影響區性能更低，加上焊接質量不良，存在焊接缺陷，故成為疲勞源，在交變應力的反復作用下開裂，一側沿焊縫熔合區的薄弱處擴展，一側沿周向擴展，導致泄漏。
3.2處理措施
    a．對泄漏附近水冷壁管類似位置進行了檢查，特別注意檢查出現鰭片角焊縫和梳形板角焊縫的T形焊接接口處；
    b．在水冷壁延伸管位置采取加固措施，改變管子的振動頻率，防止產生疲勞裂紋。
    采取以上措施后運行至今，該爐未再發生類似泄漏事故。
4、結束語
    鍋爐的水平煙道位置懸吊管處于煙氣走廊中，由于煙氣的沖刷和渦流的作用，容易使管子產生振動而導致失效。另一電廠的鍋爐也曾經在水平煙道附近的前包墻管發生因為振動引起的疲勞裂紋，導致泄漏。因此，鍋爐水平煙道位置固定的設計須引起相當重視，以改善鍋爐安全運行狀況。
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