浅谈斜坡烟道水冷壁爆管原因分析与处理

吴伟

云南锡业职业技术学院

【摘要】：某冶炼厂锅炉斜坡烟道出现多次爆管，通过宏观检查、化学成分分析后得到结论，垢下碱性腐蚀是水冷壁爆管失效的主要原因。因垢下高浓度的碱浓缩产生碱腐蚀 ，造成水冷壁管壁厚减薄和基体金属沿晶界腐蚀并形成微裂纹 ，在内压作用下最终导致爆管 。

【关键词】水冷壁管 爆管 碱性腐蚀 焊接工艺措施

引言：烟化炉至余热锅炉的斜坡烟道是用于连接烟化炉与锅炉的过渡段，是锅炉的一部分，主要将烟化炉出口剩余的热量过渡给锅炉，同时也起烟气冷却和余热回收的作用。锅炉设计压力4.6MPa运行压力3.5~3.8mpa，蒸汽温度260℃，斜坡烟道的水冷壁由支撑柱、进出水管、底板，顶盖以及两个侧面组成，相对水平呈45°。水冷壁作为锅炉过渡段的主要蒸发受热面 ，吸收火焰或烟气的热量 ，将管内水加热形成蒸汽 。由于受高温、高压 、复杂介质条件等工况影响 ，水冷壁爆管等现象时有发生严重危害锅炉设备的安全运行。

1．1宏观形貌检查

水冷壁管的爆管常发生在直管段上，爆口外观呈凿槽型 ，爆口管内壁可见明显腐蚀痕迹 ，周围管径无明显胀粗现象。由爆口形貌可初步判断 ，水冷壁管开裂时未发生明显蠕胀和塑性变形 。爆口边缘存在严重的厚度减薄 ，减薄始于内壁 ，发生在向火面 ，壁厚最薄处仅为 1.9 mm。爆口断面粗糙 ，边缘无撕裂性的剪切唇。爆口附近减薄区域呈腐蚀坑特征 ，属溃疡性腐蚀形貌 ，而非均匀减薄。

1．2化学成分分析

对发生爆管的水冷壁管远离爆口位置取样进行化学成分分析 ，结果见表 1，由表1可知，该水冷壁管材料符合 GB 5310- 2008《锅炉用无缝钢管》标准中 20G化学成分要求。

1．3失效原因分析

一般而言，由水冷壁过热而引起的爆口，存在剪切唇，呈撕裂状，产生明显的塑性变形，而分析本水冷壁爆口呈凿槽状，断口未见明显的塑性变形，断口边缘无撕裂状的剪切唇，且腐蚀坑下金属基体无珠光体球化现象，材料组织未见劣化，通过调取水冷壁管失效前的锅水PH值监测数据发现，该锅水PH值大多数超过10，可以排除酸腐可能。

2、水冷壁焊接工作过程中的工艺措施

锅炉爆管常用的方法是将爆裂的部分进行更换，斜坡烟道的水冷壁管子规格与锅炉用的水冷壁材质相同。Φ38㎜×5㎜材质为20g，20g是优质碳素钢；锅炉专用钢，硫、磷含量低，本身具有良好的焊接性。

焊接方案的选择： 
  采用氩电联焊；即氩弧焊打底，手工电弧焊盖面的焊接工艺措施。打底焊是用的是实心焊丝，焊接中不会产生熔渣，可以有效避免熔渣或其他杂物掉入短道中造成堵塞，采取有效的防风措施，克服因抽风引起的气体保护不良。而手工电弧焊填充盖面提升工作效率。

水冷壁管焊接工作的前期性准备措施需要使用内磨机将焊缝坡口内外两侧距离端头20mm的范围打磨出金属光泽，坡口的形式是V型外坡口，组对之间的间隙大致上是2.5～ 3.2 mm，定位焊接的长度约是15 mm，具体位置位于呈45°形态放置。焊接工作正式开展之前需要将母管管下端口用管塞堵塞住，以防在焊接相关工作进行的过程中，杂物掉进管道中造成堵塞。

因为是会受到施工现场焊接条件的限制，为了一定程度的保证焊接质量，要搭建起来一个临时性的挡风棚，减少在焊接工作时因抽风对焊接工作的影响。

水冷管壁定位焊。因为水冷壁焊接工作进行的过程中是要求单面焊接双面成型的，在焊接工作完成之后使用100%射线探伤，因此定位焊接工作进行的过程中一定是需要焊透的，假如说发现定位焊缝上存在裂缝、未焊透以及缩孔等问题，应当在这一段焊缝打磨掉的基础上重新开展焊接工作，不可以使用重熔等方法做修缮，另外在焊接工作进行的过程中需要予以充分的重视的一个问题就是不能够对坡口钝边造成破坏。

3 控制锅炉水冷壁焊接变形过程中的措施

3.1 管道焊接控制性措施

因为水冷壁管道焊接工作进行的过程中出现收缩变形以及角变形等问题的概率是比较高的，因此在焊接工作进行的过程中应几个方面的控制。

（1）在焊接工艺规程允许的范围之内尽可能地使用小坡口角度、焊缝间隙并对焊缝余高和焊缝尺寸展开严格的控制工作。

（2）在点焊之前对待焊件进行预热使温度适当提升，可以达到控制焊接变形目的。

（3）在焊接工作进行的过程中，在满足规程提出的要求下尽可能地使用小电流、快速焊接，以便使焊接热输入保持在最低水平上。

3.2 针对水冷壁密封展开的焊接工作

管排鳍片对口拼缝、焊口密封以及管排相互之间的拼缝在内，拼缝是要求开展双面焊接工作的。水冷壁管密封焊接工作进行的过程中，假如使用到的焊接工艺的适应性不强的话，那么出现管道弯曲变形问题的几率就比较高。焊口焊接经过拍片检测得到合格的结果之后，水冷壁密封焊接工作的具体顺序如。

焊接材料：根据母材材质和锅炉的实际情况，氩弧焊时选用TIG-R50焊丝，氩气纯度99.5%，手工电弧焊时选用J507低氢型焊条。该焊条具有优良的力学性能和抗裂性能，焊前应按规定烘烤焊条，放入保温桶内随用随取。

管子开V型坡口，单边坡口角度为30±2 º，将坡口内外两侧20㎜的范围仔细打磨，去除铁锈，氧化层等杂物并漏出金属光泽。

操作技术要点

氩弧焊在焊接过程中容易受到各种因素的影响，焊前应仔细检查气管连接是否有无破损泄漏，选用纯度合格的氩气，施焊前先在引弧板上引弧试焊，氩气流量过小会产生气孔。操作过程中注意观察熔池的形状和熔孔大小，熔孔大小要保持一致。

管子组装时应做到内口平齐，尽量避免错边，不能强行就位，否则会使焊缝存在较大的应力。严格控制管子组装时最大间隙和最小间隙，无法保证焊接质量时，应进行修磨或从新下料，定位焊时用氩弧焊点固，工艺参数与正式施焊相同，若发现有缩孔、气孔、未熔合、未焊透等缺陷时应及时处理。

打底焊时，坡口根部熔化形成熔池熔孔后再沿着坡口添加焊丝，焊丝中心与管子内壁平齐（即：焊丝送至熔池的时候，一半在内，一半在外）。送丝连续给丝，速度要均匀，要与焊接速度相适应，焊枪作有规律的小幅度锯齿形摆动，保证焊缝的根部熔合。收弧时把弧坑填满后移到坡口边再收弧，防止焊道上产生缩孔。

打底层焊完后仔细检查有无气孔及未熔合。然后用手工电弧焊进行盖面层的焊接，采用划擦法在坡口内引弧并严格控制弧长，拉至起焊点开始焊接，焊接过程中始终保持短弧焊接，要注意坡口上下夹角熔合情况，防止未熔合，夹渣，咬边等缺陷的产生，管子直径较小，焊接方向弧度变化快，焊条随弧度变化而改变焊接角度，在电弧稳定燃烧的情况下平稳过渡。

盖面层焊接时使焊缝与木材圆滑过渡，余高不能过高。焊缝的起头与结尾处尽量错开，焊缝表面不得有气孔，咬边等缺陷。

水压试验

1、检修后进行工作压力水压试验，以检查锅炉及水冷壁受热面及其他承压部件有无泄漏现象；尤其是水冷壁受热面管大面积更换后的焊口及检修的阀门、管道的泄漏情况，确保水冷壁的检修量。

2、通过水压实验，检验受热面经过多年运行后的强度水平，在机组冷态暴露问题及时处理确保机组启动后安全稳定运行。

结束语

根据水冷壁的工艺特点，认真分析了爆管原因，制定合理的工艺措施，规范合理的焊接方法，才能有效保证水冷壁管的焊接质量，焊接施工完成后，水压试验一次合格，达到了预期的修复效果，为烟化炉早日投入生产赢得了宝贵的时间。

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验一物理分册