一起發(fā)電廠高溫再熱器管泄漏事故原因分析

摘要：針對寧夏某電廠一起高溫再熱器管泄漏事故，采用外觀、微觀金相、化學成分分析，硬度和拉伸試驗等檢測手段，對事故樣管進行檢測分析，從而找出泄漏原因，并提出防范措施和改進的建議和意見，進而為機組的安全經(jīng)濟可靠運行提供有利的對策，為提高機組的安全經(jīng)濟效益提供可靠的保障。

關(guān)鍵詞：高溫再熱器管 泄漏 過熱 分析 監(jiān)督

1 鍋爐設(shè)備概況

寧夏某電廠Ⅰ、Ⅱ期四臺鍋爐都是由北京鍋爐廠引進美國BW（巴布科克·威爾科克斯）有限公司生產(chǎn)的300MW-

1025/18.3-M型亞臨界參數(shù)，自然循環(huán)、固態(tài)排渣、平衡通風、中間一次再熱式汽包爐。

鍋爐設(shè)計工況的主要參數(shù)：

過熱器出口蒸汽流量 1025T/h

過熱器出口蒸汽壓力 18.3MP

過熱器出口蒸汽溫度 541℃

再熱器出口蒸汽溫度 540℃

再熱器出口蒸汽壓力 3.74MP

2 事故概況

2012年10月2日，寧夏某電廠#1爐16：25鍋爐點火，10月3日9：15并網(wǎng)，10月4日21：33升負荷至210MW，主蒸汽壓力14.5MPa，主汽溫度535℃，爐膛負壓出現(xiàn)晃動，負荷小幅下滑，就地檢查有泄漏聲，確認 #1爐高溫再熱器部位發(fā)生泄漏，于23：13機組解列停機。

10月6日，停爐冷卻后進入爐膛查看，發(fā)現(xiàn)高溫再熱器右數(shù)第7屏內(nèi)向外數(shù)第4圈爐管下彎頭處管子爆開（爆口1），并沖刷第5圈內(nèi)彎造成減薄泄漏；同為第4圈出口管段離彎頭爆口約5.6m直管段部位再發(fā)現(xiàn)一處爆口（爆口2）。

爆口1：位于管圈下彎頭出口側(cè)外彎處，爆口沿軸向開裂長約25mm，最大開度2.5mm，周圍氧化皮較厚且龜裂明顯，爆口最大脹粗達68mm，最大脹粗率25.93%，爆管段材質(zhì)T91。

爆口2：位于下彎頭上方約5.6m直管段處，爆口向爐前，管子出屏向爐后彎曲120mm。爆口呈橄欖形，長100mm，最大開口42mm，爆口四周明顯減薄，周圍氧化皮龜裂明顯，爆口上下1m范圍內(nèi)脹粗明顯，爆口處最大達75mm，最大脹粗率38.89%。該管子出口段在爐頂大罩內(nèi)出現(xiàn)嚴重的氧化發(fā)黑現(xiàn)象。管子爆口呈現(xiàn)短時間的高溫過熱爆管形貌，爆口段材質(zhì)12Cr1MoV。

3 試驗分析

兩處爆管段現(xiàn)場割管取樣如圖1和圖2所示，另外截取同管圈外觀檢查無異常的兩端管段作對比分析管樣。

3.1 金相組織和硬度測試分析。對電廠高溫再熱器爆管段割管送樣爆口部位和對比管樣分別切取圈形試樣，根據(jù)來樣順序統(tǒng)一編號為137號-140號。

對圈形樣實測外徑可見，除對比分析用管外徑基本正常外，兩處爆口部位取樣均有明顯脹粗情況，遠超過金屬監(jiān)督規(guī)程中允許蠕變應(yīng)變上限（12Cr1MoV類低合金鋼管上限2.5%，T91類管子蠕變應(yīng)變上限1.2%），顯示上述管子存在超溫運行情況。

對所有圈形樣和鑲嵌試樣進行磨制、機械拋光和侵蝕后，在Axiovert 200 MAT金相顯微鏡下觀察并拍照。

分析金相試驗結(jié)果，137號試樣彎頭T91材質(zhì)爆口尖端處晶粒有明顯變形現(xiàn)象，金相組織中馬氏體老化嚴重，出現(xiàn)球狀碳化物。爆口附近馬氏體組織也有類似組織老化現(xiàn)象。爆口對側(cè)為正?；鼗瘃R氏體組織，無明顯組織老化情況。

138號試樣T91材質(zhì)對比管樣為回火馬氏體組織，金相組織正常。

139號試樣12Cr1MoV直管段爆口尖端晶粒變形嚴重，金相組織為鐵素體+珠光體，為不完全相變組織。爆口附近不完全相變組織特征更加明顯。由爆口尖端及附近部位金相組織形貌判斷該處管壁超溫幅度在Ac1～Ac3區(qū)間，根據(jù)相關(guān)資料，該溫度區(qū)間在770～880℃之間。且管子內(nèi)壁有較厚的內(nèi)壁氧化層存在，厚度約0.25mm。爆口對側(cè)金相組織為鐵素體+碳化物，其中珠光體組織完全球化，依據(jù)DL/T 773-2001《火電廠用12Cr1MoV鋼球化評級標準》評定其球化級別約4級。

140號試樣12CrMoV材質(zhì)對比管樣金相組織為鐵素體+珠光體+少量碳化物，其中珠光體組織有輕度球化現(xiàn)象，球化級別約2級。

利用LECO300顯微硬度計對圖3中金相圈樣標注部位進行顯微硬度測試，載荷300g，保載時間15s，每個部位測試2次取平均值，測試結(jié)果如下（單位：HV0.3）：

分析顯微硬度測試數(shù)據(jù)，T91材質(zhì)彎頭爆口對側(cè)和對比管樣顯微硬度基本一致，而爆口尖端顯微硬度值則有所下降，這主要是爆口尖端和附近馬氏體組織老化所致。12Cr1MoV材質(zhì)直管段爆口對側(cè)和對比管樣顯微硬度基本一致，而爆口尖端顯微硬度值則有所上升，這主要是爆口尖端和附近因瞬時過熱爆管、管內(nèi)介質(zhì)對爆口有類似淬火作用，產(chǎn)生不完全相變組織導(dǎo)致硬度升高。

利用XHB-3000型數(shù)顯臺式硬度計對圖3中金相圈樣標注部位進行宏觀布氏硬度測試，載荷750kg，保載時間15s，壓頭直徑5mm，測試結(jié)果如下（單位：HBW），其中爆口尖端部位因難以固定無法加載測試：

分析宏觀硬度測試結(jié)果，兩處爆口對側(cè)部位硬度與對比管樣相比略有降低，這主要是因爆管過熱導(dǎo)致爐管強度有所降低，但與正常對比管樣硬度數(shù)據(jù)仍基本接近，顯示宏觀硬度與顯微硬度測試結(jié)果基本一致。

由上述兩處爆口外觀形貌、金相組織和顯微硬度測試結(jié)果分析，彎頭處爆管超溫幅度相對較小，出現(xiàn)類似長時過熱爆管效應(yīng)；而直管段爆管超溫幅度相對較高，類似短時過熱爆管。

3.2 力學性能試驗分析。對兩處爆口附近管段和兩根對比管樣分別加工條狀試樣各3只進行室溫拉伸試驗，試驗數(shù)據(jù)如下：

分析室溫拉伸試驗數(shù)據(jù)，可見T91彎頭爆口附近管段力學性能試驗數(shù)據(jù)差異較大，且部分抗拉強度和下屈服強度低于標準要求下限，顯示因組織老化造成性能劣化，而 T91材質(zhì)對比管樣各項力學性能試驗數(shù)據(jù)均符合標準要求。12Cr1MoV直管段爆口附近管段3只試樣中2只抗拉強度低于標準要求下限，且抗拉強度和下屈服強度與對比管樣相比均有所下降，而對比管樣各項力學性能數(shù)據(jù)均符合標準要求。

3.3 爆管原因分析。從高溫再熱器爆管取樣外觀分析，爆口附近管段管徑脹粗，管壁減?。唤鹣嘟M織分析12Cr1MoV管段出現(xiàn)不完全相變產(chǎn)物，T91管段金相組織老化，以及T91和12Cr1MoV材質(zhì)管段力學性能試驗抗拉強度和屈服強度降低的情況，結(jié)合爆管前機組運行情況判斷該次為過熱爆管，其中彎頭部位首先發(fā)生爆管，而出口側(cè)直管段因彎頭爆管引發(fā)管內(nèi)汽流量明顯減少隨后發(fā)生二次過熱爆管，在爆管瞬間可能因管內(nèi)汽水介質(zhì)對高溫的管壁產(chǎn)生激冷作用，造成直管段局部金相組織和力學性能出現(xiàn)異常。從該管子在大罩內(nèi)出現(xiàn)嚴重氧化發(fā)黑現(xiàn)象看，本次機組起動過程中存在著嚴重的過熱現(xiàn)象。根據(jù)進、出口集箱內(nèi)窺鏡及下彎頭射線檢驗結(jié)果，以及此前機組C修對高溫再熱器進口集箱檢查情況分析，外來異物堵塞的可能性較小，可能原因是機組啟動過程中，該根管子存在一定的堵塞，造成下彎頭部位嚴重過熱，首先在該彎頭部位脹粗開裂，沖刷第5圈管子內(nèi)彎；同時由于彎頭處泄漏，造成該根管子出口段汽流量明顯減少，汽溫、壁溫明顯升高，大罩內(nèi)出口管段嚴重氧化；并在出口段上部材質(zhì)薄弱部位爆開。

4 缺陷處理

①考慮爐管運行的安全性和搶修的緊迫性，決定暫作堵管處理，將右數(shù)第7屏內(nèi)向外數(shù)第4、5圈在爐內(nèi)的二根管子全部割掉，另外在進、出口集箱管座處堵管，待下次檢修再重新接通恢復(fù)。②對其余高溫再熱器的下彎頭及管段進行管徑蠕脹測量，未發(fā)現(xiàn)異常。③對高溫再熱器進、出口集箱進行內(nèi)窺鏡檢驗，沒有發(fā)現(xiàn)異物。對第7屏其余管子、及其余各屏附近位置的下彎頭進行射線檢驗，沒有發(fā)現(xiàn)異物。④鍋爐檢修后對焊口進行射線探傷檢驗，經(jīng)檢驗合格。

5 防范措施

①在鍋爐水壓試驗后的機組啟動過程中，要延長鍋爐放水時間；從鍋爐點火到機組并網(wǎng)前加強對壁溫的監(jiān)視，做到并網(wǎng)前烘干高溫再熱器內(nèi)積水；必要時采用高旁短路方法清理管內(nèi)積水。②在下一檢修期對高溫再熱器的每根U型受熱面管子加裝壁溫測點。加強對管子的壁溫監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異?？杉皶r處理。③在計劃檢修期間，加強對下彎頭拍片檢查，有氧化皮堆積情況要及時處理。④機組運行時期運行人員要精心監(jiān)盤，發(fā)現(xiàn)汽溫、壁溫超限，勤分析，查找原因，及時調(diào)整運行參數(shù)，嚴重超限時，必須故障停機，保護設(shè)備免受進一步損壞。

參考文獻：

[1]方洪淵.焊接結(jié)構(gòu)學[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2]李美鳳.焊縫的形狀系數(shù)（K）對焊縫中心裂紋的影響[J].內(nèi)蒙古石油化工，2003（3）：83.

[3]DL/T 884-2004，火電廠金相組織檢驗與評定技術(shù)導(dǎo)則[S].

[4]ASME SA-210/SA-210M（2007），鍋爐和過熱器用無縫中碳鋼管子[S].

[5]DL/T 869-2012，火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程[S].

作者簡介：

韓波，寧夏大壩發(fā)電有限責任公司檢驗監(jiān)測中心實驗班技術(shù)員，工程師，現(xiàn)從事火電廠金屬監(jiān)督。