低溫過熱器泄漏原因分析及采取措施

文/程 強（作者簡介：程強 廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司）

過熱器是鍋爐最重要的組件之一，其作用是將飽和蒸汽定壓加熱成具有一定過熱度的過熱蒸汽。過熱器又是鍋爐最復(fù)雜的受熱面，所在區(qū)域煙氣流速高，受熱，面管壁溫度高，管內(nèi)蒸汽溫度高。高溫煙氣除了沖刷受熱面進行對流換熱外，還對受熱面進行輻射換熱，加上受熱面管外結(jié)焦、積灰、高溫腐蝕以及結(jié)構(gòu)等原因?qū)е聼煔庾呃群凸軆?nèi)結(jié)垢而造成的吸熱不均和流量不均，往往會使部分受熱面管壁超過許用溫度，引起鋼材的熱強度、熱穩(wěn)定性下降，甚至造成受熱面管壁過熱、爆管等嚴重事故。所以過熱器的工作狀況不僅決定主蒸汽品質(zhì)的高低，而且在一定程度上決定鍋爐的安全運行，對鍋爐的經(jīng)濟性及安全性有著重要影響。

過熱器常見的爆管原因有長時超溫、短時超溫、材質(zhì)不良及腐蝕性熱疲勞裂紋損壞。

1 鍋爐簡介

該電廠600MW鍋爐的型號為SG-2028/17.5-M907。該爐為亞臨界壓力一次中間再熱控制循環(huán)汽包爐。鍋爐采用擺動式燃燒器調(diào)溫，四角布置、切向燃燒，正壓直吹式制粉系統(tǒng)、單爐膛、∏型露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架結(jié)構(gòu)、平衡通風。

鍋爐后煙井深度12768mm，后煙井內(nèi)設(shè)有低溫過熱器和省煤器。低溫水平過熱器全部布置于后煙井內(nèi)省煤器上方，共分三組水平蛇形管、一組垂直蛇形管，每組為127排，最后由垂直出口段從爐頂引出。每排蛇形管由6根并聯(lián)管圈套彎，管子外徑Φ57mm，橫向節(jié)距152mm，在水平蛇形管最下面一組的入口端，采用了分叉管結(jié)構(gòu)。水平過熱器管子材料，下部及中下部管組全部為SA-210 C，上部管組為15CrMoG、SA-210C，垂直段為15CrMoG。

SA-210 C的塑性、韌性及焊接性能優(yōu)良，在530℃以下具有滿意的抗氧化性能。當硬度HB=137~174時，其相對加工性為65%。應(yīng)用范圍：壁溫小于等于450℃的受熱面管子及省煤器管等。

2 泄露情況

2008年6月30日5#機組在運行過程中鍋爐低溫過熱器直角彎頭部位（材料：ASME SA210C Φ57×7）發(fā)生泄漏，泄漏位置如圖所示。

泄漏位置圖

3 泄漏試樣的試驗分析情況

3.1 宏觀分析

泄漏部位位于低溫過熱器彎頭處，如圖所示：

泄漏位置及連帶的直管

泄漏位置宏觀形貌

首先，對泄漏部位進行觀察，發(fā)現(xiàn)在彎頭外弧中間部位存在長約3.4cm的縱向開裂，裂縫較直，邊緣粗鈍，周圍無其他明顯裂紋，無氧化皮，無脹粗現(xiàn)象，爆口處壁厚無減薄現(xiàn)象，內(nèi)壁檢查無明顯腐蝕或結(jié)垢現(xiàn)象。同時，在該彎頭外弧處發(fā)現(xiàn)多處鈍器擊打痕跡，如上圖所示。

泄露通道是一條由管道外壁向內(nèi)擴展并貫穿管壁的裂縫，該裂縫位于低溫過熱器彎頭部位。其形態(tài)沿管道軸線延伸，主裂紋呈撕裂狀，其周邊存在其它微小裂紋。

取部分裂紋處管壁截取一管環(huán)，將其沿裂縫拉開進行斷口分析，如下圖所示斷口：

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泄漏裂縫端面

樣品左端區(qū)域呈黑色，且存在水流沖刷痕跡，近管內(nèi)壁端存在瞬斷痕跡。在樣品中段存在紅斑，經(jīng)觀察分析該紅斑是該過熱器組件出廠前涂裝的紅色防銹漆。樣品右段為試驗中產(chǎn)生的新斷口，由于左側(cè)裂紋作用，其呈脆性斷裂形貌。

同時，我們對泄露彎頭的直管段進行了表面及截面觀察，未發(fā)現(xiàn)裂紋及其他缺陷。

3.2 化學(xué)成分分析

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對取回的樣品進行了化學(xué)成分分析，結(jié)果如下：（wt%）以上化學(xué)成分分析結(jié)果符合ASME 標準中對SA210C材料化學(xué)成分的規(guī)定。

3.3 力學(xué)性能試驗

3.3.1對直管段我們進行了機械性能的測試，結(jié)果如下：

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3.3.2對該ASME SA210C Φ57×7進行壓扁測試，取H=35.9，測試結(jié)果未發(fā)現(xiàn)開裂。

壓扁測試結(jié)果

3.3.3樣品截面硬度測試測得該管周向均勻分布四點布氏硬度值（HBW）分別為158 156 155 154,標準中規(guī)定的范圍是不大于179HB。

以上力學(xué)性能測試結(jié)果符合ASME 標準中對SA210C材料力學(xué)性能的規(guī)定。

3.4 金相分析

截取裂紋處管橫截面進行金相分析，組織為鐵素體+珠光體，晶粒度7—8級，略有帶狀形態(tài)，是該材料的正常組織。

對泄漏裂紋進行微觀分析發(fā)現(xiàn)，裂紋是由管壁外表面產(chǎn)生，裂紋形式為沿晶界擴展，同時在裂紋中存在黑色的金屬氧化物，部分裂紋段晶粒發(fā)生變形。同時，在主裂紋附近發(fā)現(xiàn)了若干伴生裂紋。

金相分析表明，該材料的金相組織是正常的。

4 泄露原因分析

通過化學(xué)成分分析、力學(xué)性能試驗、金相分析等，表明該管材是符合ASME標準的合格材料。綜合分析，得出低溫過熱器管泄露的根本原因是彎頭部位有制造缺陷，即存在原始裂紋源，隨著鍋爐運行時間的延長，裂紋逐漸發(fā)展，直至泄漏。

根據(jù)裂紋形態(tài)及SA210C管材的塑性變形能力，在冷彎加工中不會產(chǎn)生此種裂紋。推測裂紋產(chǎn)生最初可能為，彎頭在加工過程中，由于導(dǎo)架或滾輪存在粘附的金屬雜質(zhì)、接觸面不平整等問題，造成彎頭外側(cè)機械損傷，再加上部分彎頭彎后進行了火焰校正、錘擊，從而形成了初始裂紋。這樣，管子強度將被嚴重削弱。在高溫運行過程中，缺陷部位易產(chǎn)生應(yīng)力集中，在外界環(huán)境和材料內(nèi)部應(yīng)力的綜合作用下，致使裂紋擴展、缺陷擴大。最終裂紋前端管壁不能承受管道內(nèi)部壓力的作用，引起管道泄露。

5 采取措施

5.1 利用機組檢修，對低溫過熱器彎頭進行全面的無損檢測，發(fā)現(xiàn)缺陷采取換管處理，保證機組安全穩(wěn)定運行。

5.2 在機組檢修中加大鍋爐受熱面的防磨防爆檢查范圍和力度，充分發(fā)揮防磨防爆小組的作用，加強金屬檢驗工作。

5.3 爐管彎頭是受熱面的薄弱環(huán)節(jié)，管材質(zhì)量、彎頭加工工藝等都可能造成彎頭失效，由于近幾年電廠基建工程大量增加，制造、生產(chǎn)、加工、檢驗?zāi)芰Φ南拗?，管道不可避免存在質(zhì)量問題。因此，要加強鍋爐制造和基建安裝過程中的管理與質(zhì)量檢查、檢驗、驗收工作，及時發(fā)現(xiàn)和消除缺陷。

6 結(jié)束語

這次受熱面管道泄漏表明，近幾年隨著電廠基建工程大量增加，制造、生產(chǎn)、加工、檢驗?zāi)芰Φ南拗?，管道不可避免存在質(zhì)量問題。為了保證機組安全穩(wěn)定運行，我們要加強鍋爐制造和基建安裝過程中的管理與質(zhì)量檢查、檢驗、驗收工作，及時發(fā)現(xiàn)和消除缺陷和隱患。