循環(huán)硫化床鍋爐過(guò)熱器連續(xù)爆管原因分析及對(duì)策

劉金秋，張丙法，肖世榮

（1.山東大學(xué)，山東 濟(jì)南 250061；2.山東電力研究院，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

某電廠3號(hào)機(jī)組采用哈鍋廠HG465/13.7LPPM7L型號(hào)循環(huán)硫化床鍋爐，與135 MW等級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)組相匹配，于2003年8月31日投產(chǎn)。該鍋爐Ⅱ級(jí)過(guò)熱器管屏于2006年3月21日、6月26日、8月20日連續(xù)發(fā)生3次爆管，導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)3次非正常停機(jī)，直接影響到機(jī)組的安全和連續(xù)運(yùn)行。該過(guò)熱器位于燃燒室中上部，由8片屏式過(guò)熱器組成，管屏為膜式壁。管屏下部為防磨澆注防磨料，澆注料上部直管段部分有400 mm的堆焊防磨層，管屏采用管子規(guī)格為φ51×5.5，材質(zhì)為12 Cr1MoV，3次爆管位置均發(fā)生于堆焊防磨層處，圖1所示。

圖1 二級(jí)過(guò)熱器管屏結(jié)構(gòu)

1 試驗(yàn)分析

1.1 宏觀檢查

3月21日爆管發(fā)生于A側(cè)爐膛北數(shù)第1屏東數(shù)第4根管子，原始爆口位于Ⅱ級(jí)屏式過(guò)熱器澆注料以上防磨堆焊層處，爆口沿縱向開(kāi)裂，長(zhǎng)50 mm，最寬處3 mm，圖2所示。6月26日產(chǎn)生裂紋泄露的管子與3月21日爆管的管子為同一根管子，裂紋于堆焊層焊波之間，沿縱向開(kāi)裂，長(zhǎng)60 mm，最寬處4 mm，圖3所示。8月20日爆管發(fā)生于A側(cè)爐膛北數(shù)第4屏東數(shù)第6根管子，爆口位于防磨堆焊層處，爆口沿縱向開(kāi)裂，長(zhǎng)90 mm，最寬處4 mm圖4、圖5所示。從宏觀檢查看3次爆管發(fā)生于同一位置，均為防磨堆焊層處，爆口周?chē)鸁o(wú)明顯脹粗，防磨堆焊層上方的管段氧化皮較薄，裂紋起源于堆焊熱影響區(qū)，由外向內(nèi)發(fā)展。宏觀分析該堆焊層，表面截面突變較大，可見(jiàn)焊接規(guī)范較大，易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，且易對(duì)管子表面產(chǎn)生損傷，導(dǎo)致裂紋或其它微觀缺陷的產(chǎn)生。

圖2 3月21日爆口宏觀

圖3 6月26日爆口宏觀

圖4 8月20日爆口宏觀

圖5 8月20日爆口附近25×

2.2 金相分析

對(duì)8月20日爆管進(jìn)行金相分析，對(duì)爆口處和爆口上方200 mm光管處進(jìn)行分析，圖6、圖7所示。爆口上方200 mm光管處貝氏體保持原有的區(qū)域形態(tài)，內(nèi)部開(kāi)始分散，但仍較致密，依據(jù)DL773-2001標(biāo)準(zhǔn)，球化評(píng)級(jí)為2級(jí)，組織正常，說(shuō)明該過(guò)熱器無(wú)過(guò)熱現(xiàn)象。爆口處的組織僅有少量貝氏體和珠光體，區(qū)域顯著分散，碳化物呈小球狀，部分碳化物分布在晶界，球化評(píng)級(jí)3～4級(jí)，說(shuō)明防磨堆焊層下基體有過(guò)熱現(xiàn)象，該處過(guò)熱是由于防磨堆焊造成的。

圖6 二級(jí)過(guò)爆口上200mm橫截面金相組織200×

圖7 二級(jí)過(guò)爆口處橫截面金相組織500×

2.3 磁記憶檢查

對(duì)于該過(guò)熱器管屏，由于結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)、裂紋起源的位置等原因無(wú)法采取常規(guī)檢驗(yàn)方法檢查其余管子是否存在裂紋或其它微觀缺陷，因此采用磁記憶檢驗(yàn)方法對(duì)管屏應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行檢查，檢查發(fā)現(xiàn)A側(cè)爐膛北數(shù)第1屏到第4屏部分管子堆焊層部位存在較大應(yīng)力集中，應(yīng)力達(dá)到危險(xiǎn)程度。該管屏為懸掛狀態(tài)，管壁自由膨脹，可認(rèn)為堆焊層部位的較大應(yīng)力來(lái)源于焊接堆焊層時(shí)的殘余應(yīng)力。

2.4 運(yùn)行分析

該鍋爐為循環(huán)硫化床鍋爐，為防磨該管屏下部有防磨澆注料覆蓋，澆注料向上有400 mm的防磨堆焊層。從近3年的運(yùn)行上看，該管屏所處部位為燃燒顆粒稀相區(qū)，爐膛顆粒對(duì)管子實(shí)際磨損較小（堆焊層部位上部的光管磨損極?。?，因此加堆焊防磨層意義并不大。

3 爆管原因及解決方法

綜上分析，該管屏不存在超溫現(xiàn)象，分析認(rèn)為焊接工藝或焊接操作不當(dāng)（基體有過(guò)熱現(xiàn)象）產(chǎn)生微觀缺陷，在較大焊接應(yīng)力、熱應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力等作用下，微觀缺陷發(fā)展，形成裂紋源；宏觀分析該堆焊層，表面截面突變較大，可見(jiàn)焊接規(guī)范較大，易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，該焊接殘余應(yīng)力為裂紋擴(kuò)展的主要應(yīng)力。因此，焊接工藝不當(dāng)產(chǎn)生裂紋源，在較大的焊接殘余應(yīng)力下，由外向內(nèi)發(fā)展，裂紋擴(kuò)展，最終導(dǎo)致爆管。

考慮到該管屏所處部位為稀相區(qū)，爐膛顆粒對(duì)管子實(shí)際磨損較小，加堆焊防磨層意義并不大。并且爆管的裂紋源是由于不當(dāng)?shù)暮附庸に囈鸬模虼瞬扇?duì)爆口管子和磁記憶檢查發(fā)現(xiàn)存在較大應(yīng)力的管子直接換成同規(guī)格、同材質(zhì)光管的措施，從根本上消除裂紋源，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

4 結(jié)論

對(duì)Ⅱ級(jí)過(guò)熱器管屏采取更換光管的措施后，至今該管屏未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免了非正常停機(jī)造成的損失。采用磁記憶檢查方法對(duì)管屏應(yīng)力大小進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)部位，是一種快速便捷的方法。因裂紋源產(chǎn)生于原始堆焊區(qū)，因此在以后運(yùn)行中，存在焊接損傷的管子仍然存在爆管的可能，因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)管屏的應(yīng)力檢查，及時(shí)更換應(yīng)力達(dá)到危險(xiǎn)程度的管子，保證機(jī)組的安全連續(xù)運(yùn)行。