高溫過(guò)熱器爆管原因分析及對(duì)策

張 寧 汝雪雷

安徽華電宿州發(fā)電有限公司 安徽 宿州 234101

0 引言

隨著我國(guó)大容量高參數(shù)機(jī)組的不斷發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由于鍋爐原因?qū)е碌姆峭Ｊ鹿事始s占40%左右，而鍋爐“四管”泄漏約占鍋爐非停事故80%。因此確保鍋爐“四管”安全穩(wěn)定在鍋爐運(yùn)行中突顯重要。本文主要對(duì)鍋爐過(guò)熱器爆管原因分析，深入研究爆管的根本原因，制定措施，為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

1 鍋爐概況

某電廠＃1鍋爐是600MW超臨界直流型鍋爐。該鍋爐由東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司與東方－日立鍋爐有限公司合作設(shè)計(jì)、聯(lián)合制造，系DG1900／25.4－Ⅱ3型；為一次再熱、單爐膛、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)；采用平行擋板調(diào)節(jié)再熱氣溫，固態(tài)排渣；平衡通風(fēng)、半露天布置；全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)式鍋爐。該爐于2007年11月正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，至爆管前運(yùn)行約3萬(wàn)小時(shí)。［1］高溫過(guò)熱器共33排，位于折焰角上部，沿爐寬方向布置，每排管屏由20根管子并聯(lián)繞制而成，爐內(nèi)受熱面管子均采用SA－213TP347H材料。 規(guī)格為外圈管Φ51×7、Φ51×10，其余Φ45×6.5、Φ45×9；管屏入口段管子規(guī)格為：最外圈管Φ51×6.5，其余管Φ45×6，材料SA－213T91；管屏出口段管子規(guī)格為：最外圈管Φ51×9.5，其余管Φ45×8.5，材料SA－213T91。

2 事件過(guò)程

2.1 事件現(xiàn)象

2012年7月31日，＃1機(jī)組負(fù)荷600MW，主蒸汽壓力23.4MPa,巡檢發(fā)現(xiàn)＃1爐頂大包處保溫層向外冒汽，爐墻周?chē)煌潭扔姓羝婵聚E象。進(jìn)行停爐處理。

2.2 檢查過(guò)程

檢查發(fā)現(xiàn)＃1爐高溫過(guò)熱器出口聯(lián)箱入口管（SA－213T91，Φ45×8.5mm）發(fā)生爆管， 爆管位于過(guò)熱器出口集箱南數(shù)第18排（總33排），爐后數(shù)第12根，過(guò)熱蒸汽出口溫度571℃，過(guò)熱蒸汽出口壓力為25.4MPa。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，爆管周?chē)芘啪艿酱祿p，部分管道被吹破，其中高過(guò)一管座受振動(dòng)影響齊根斷開(kāi)，臨近高再進(jìn)口聯(lián)箱管道三處被吹破。

對(duì)高溫過(guò)熱器出口聯(lián)箱18~12管對(duì)應(yīng)高過(guò)進(jìn)口聯(lián)箱割管進(jìn)行異物檢查，發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)管節(jié)流口中有16×12mm的金屬氧化物（圖1）,可以判定氧化物堵管，導(dǎo)致管內(nèi)蒸汽通流面積減少，管材長(zhǎng)期超溫，蠕變加劇，強(qiáng)度不斷下降，最終導(dǎo)致管材失效。

圖1 高過(guò)入口聯(lián)箱18－12管排節(jié)流孔氧化物形態(tài)

3 爆管分析［3］

3.1 宏觀分析

3.1.1 管排爆口分析

高過(guò)出口聯(lián)箱南數(shù)18排爐后向爐前數(shù)第12根管發(fā)生失效（下圖2），同時(shí)造成周管排均不同程度受到吹損，在對(duì)泄漏失效位置檢查發(fā)現(xiàn)，高溫過(guò)熱器進(jìn)口管彎管外弧面爆口處有明顯脹粗，爆口呈鈍邊形態(tài)，外壁存在明顯縱向分布龜裂紋，為典型長(zhǎng)期超溫爆管形態(tài)（下圖3）；沿爆口向兩側(cè)延伸長(zhǎng)度約300mm的裂紋，為管子爆裂時(shí)主裂口向兩側(cè)延伸所致。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)爆管分布圖

圖3 18－12爆口形態(tài)圖

3.1.2 管座失效分析

檢查發(fā)現(xiàn)，高過(guò)出口聯(lián)箱南數(shù)18排爐后向 爐前數(shù)第9根管子與聯(lián)箱管座斷裂位置部分位于焊縫熔合線，部分位于接管母材熱影響區(qū)，集箱上焊縫斷口存在三處區(qū)域顏色明顯異于其余斷口部分（發(fā)黑區(qū)域，先斷裂后表面氧化所致），且該三塊區(qū)域均位于焊縫熔合線切線方向，由斷面顏色可以判斷此三處區(qū)域應(yīng)早于其余區(qū)域斷裂，初步判斷管座焊縫存在原始焊接缺陷。如下圖4、5。

圖4 聯(lián)箱處管座焊縫

圖5 脫落直管段

3.2 理化分析［4］

3.2.1 管排爆口分析

對(duì)高過(guò)出口聯(lián)箱南數(shù)18排爐后向爐前數(shù)第12根管進(jìn)行金相分析，爆口邊緣顯微組織在長(zhǎng)期超溫的作用下鋼材金相組織發(fā)生變化，原T91回火馬氏體組織已完全轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體基體上彌散分布的碳化物粒，顯微組織中存在明顯的蠕變裂紋，材質(zhì)明顯劣化（圖6）；爆口背面顯微組織也存在一定程度的馬氏體分解（圖7）；距離爆口約500mm的位置回火馬氏體位相明顯清晰（圖8），分解程度輕微，同時(shí)對(duì)此處管子內(nèi)壁氧化皮厚度進(jìn)行測(cè)量，約為0.49mm，且氧化皮形態(tài)疏松，部分區(qū)域存在脫落的趨勢(shì)（圖9）。

表1 顯微硬度檢測(cè)結(jié)果，硬度無(wú)異常［2］

圖6 爆口處顯微組織1000×

圖7 爆口背面顯微組織1000×

3.2.2 管座失效分析：對(duì)管座局部區(qū)域焊縫進(jìn)行金相檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)焊縫組織較為粗大且存在半貫穿性裂紋（圖 10），原因分析為焊接過(guò)程控制不當(dāng)，焊接時(shí)焊接速度及焊接線能量過(guò)大所致，可以判斷焊縫中存在一定的淬硬組織，即顏色發(fā)黑的斷口部分為淬硬組織存在區(qū)域，淬硬區(qū)域強(qiáng)度高，但塑性差，無(wú)法承受應(yīng)力集中形成的局部變形，故成為裂紋萌生并擴(kuò)展的區(qū)域。

圖8 遠(yuǎn)離爆口顯微組織1000×

圖9 遠(yuǎn)離爆口管段內(nèi)壁氧化皮形態(tài)100×

圖10 管座焊縫處金相組織圖片

4 分析結(jié)論

4.1 高溫過(guò)熱器進(jìn)口聯(lián)箱內(nèi)部氧化物是造成超溫的原因，管排由于長(zhǎng)期超溫運(yùn)行，發(fā)生蠕變，最終導(dǎo)致失效爆管。

4.2 在高溫過(guò)熱器區(qū)域爆管導(dǎo)致大面積泄漏的同時(shí)，泄漏區(qū)域附近管座均存在較大的應(yīng)力集中，而18－9管座斷裂失效，表明此處焊縫肯定存在原始缺陷。從金相分析可知，焊縫區(qū)域金相組織粗大，存在一定的淬硬組織，而焊縫熱影響區(qū)和熔合線是焊縫的薄弱處，故由此斷裂。

4.3 從現(xiàn)場(chǎng)勘查，高溫過(guò)熱器出口集箱進(jìn)口管彎管處長(zhǎng)期超溫首先爆裂，泄漏發(fā)生后引發(fā)周邊大面積管子減薄泄漏，隨著泄漏管排的增多，泄漏面積擴(kuò)大，聯(lián)箱振動(dòng)幅度加劇導(dǎo)致在集箱接管座角焊縫處形成應(yīng)力集中，由于18~9管座焊縫在原始焊接缺陷，最終導(dǎo)致在管座焊縫熔合線及熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋而斷裂失效。

5 采取的對(duì)策

5.1 加強(qiáng)鍋爐聯(lián)箱清潔度檢查，利用檢修機(jī)會(huì)，逐次對(duì)高溫聯(lián)箱進(jìn)行割管檢查，查找在制造、安裝及檢修階段遺留異物，特別是屏過(guò)和高過(guò)聯(lián)箱遺留焊渣等雜物堵塞受熱面節(jié)流進(jìn)氣孔，使對(duì)應(yīng)的受熱面管子超溫爆管。

5.2 加大鍋爐防磨防爆檢查力度，定期對(duì)高溫聯(lián)箱，特別是出口聯(lián)箱管座進(jìn)行滾動(dòng)磁粉探傷，查找在制造和運(yùn)行階段，因焊接和應(yīng)力原因產(chǎn)的裂紋，及時(shí)進(jìn)行處理。

5.3 強(qiáng)化氧化皮治理，從檢驗(yàn)結(jié)果上分析，T91管材氧化皮厚度已經(jīng)達(dá)到剝落厚度，利用檢修機(jī)會(huì)，對(duì)相應(yīng)受熱面出汽側(cè)彎頭進(jìn)行氧化皮檢測(cè)，及時(shí)進(jìn)行清理。同時(shí)嚴(yán)格控制鍋爐壁溫，防止超溫超壓。

5.4 嚴(yán)格把控焊接質(zhì)量，實(shí)行全過(guò)程控制，一方面防止焊接缺陷發(fā)生，另一方面防止在焊接過(guò)程中焊瘤等異物進(jìn)入管道。積極推進(jìn)焊接全過(guò)程管理，確保焊接質(zhì)量和聯(lián)箱管道清潔度。

5.5 加強(qiáng)制造監(jiān)督檢驗(yàn)，防止由于工期緊，而導(dǎo)致焊接工藝執(zhí)行不到位，產(chǎn)生制造缺陷。

6 結(jié)論

新投產(chǎn)機(jī)組由于制造和安裝階段焊接工藝控制不嚴(yán)，聯(lián)箱和管道清潔度重視不夠，導(dǎo)致運(yùn)行后異物堵塞爆管時(shí)有發(fā)生，本文主要對(duì)＃1鍋爐高溫過(guò)熱器爆管分析，充分查找原因，通過(guò)制定切實(shí)可行的措施能有效控制異物堵管長(zhǎng)時(shí)超溫爆管事故發(fā)生，確保機(jī)組能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］東方鍋爐（集團(tuán)）有限公司.DG1900／25.4－Ⅱ3 型設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)［R］.2005.

［2］姜求志，王金瑞.火力發(fā)電廠金屬材料手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2000.

［3］湖南省電機(jī)工程學(xué)會(huì)編著.火力發(fā)電廠鍋爐受熱面失效分析與防護(hù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004.

［4］電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì).DL／T884－2004火電廠金相檢驗(yàn)與評(píng)定技術(shù)導(dǎo)則［S］.2004.