220 t/h鍋爐高溫過熱器爆管原因分析

王劍文

(南京化學(xué)工業(yè)園熱電有限公司，南京 210047)

1 爆管概況

鍋爐過熱器是火力發(fā)電廠中的高溫承壓部件，它能否安全工作對(duì)整個(gè)機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的意義。過熱器失效后的分析也非常關(guān)鍵，分析結(jié)果將會(huì)直接影響機(jī)組的后續(xù)運(yùn)行。某電廠#1鍋爐系上海鍋爐廠設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的額定蒸發(fā)量為220 t/h的單汽包自然循環(huán)爐，配額定容量為55 MW的汽輪發(fā)電機(jī)，于2005年5月投運(yùn)，到2011年4月，累計(jì)運(yùn)行約5萬(wàn)h。2011-04-23 T 19:20，#1鍋爐高溫過熱器從A側(cè)向B側(cè)數(shù)第42屏爐后U形管爐前側(cè)下彎發(fā)生爆管(爆管位置如圖1所示)，隨即，從A側(cè)向B側(cè)數(shù)第41、第42屏爐前U形管爐后向爐前數(shù)第1根和第43屏爐前U形管爐后向爐前數(shù)第1、第2根均被蒸汽吹漏(如圖2所示)，此次爆管共更換12根管段。為了保障鍋爐的安全運(yùn)行，防止類似事故的再次發(fā)生，對(duì)該次爆管進(jìn)行分析，找出爆管的原因，為機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供有效依據(jù)。

圖1 爆管位置

圖2 被蒸汽吹漏的管子

2 相關(guān)試驗(yàn)及結(jié)果

爆管的高溫過熱器管材質(zhì)為12Cr1MoVG，規(guī)格為?38 mm×4.5 mm；爆口在下彎外弧及外彎沿軸向發(fā)展，爆口的最大寬度約7 mm，長(zhǎng)68 mm，邊緣厚4 mm；邊緣粗糙，內(nèi)、外壁向火側(cè)氧化皮為黑色，爆口內(nèi)壁有較多的氧化皮開裂，爆口處無(wú)明顯塑性變形且邊緣較鈍，無(wú)明顯減薄(如圖3所示)。

管樣編號(hào)：從A側(cè)向B側(cè)數(shù)第42屏爐后U形管爐前向爐后數(shù)第1根下彎管背弧處為始爆口，編號(hào)“42后-1”；第42屏爐前U形管爐后向爐前數(shù)第1根編號(hào)“42前-1”；第43屏爐前U形管爐后向爐前數(shù)第3根編號(hào)“43前-1”。

2.1 宏觀檢查及管徑測(cè)量

對(duì)3段樣管的管徑進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果符合DL/T 438—2009《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》的要求，見表1。

圖3 原始爆口

表1 取樣管脹粗測(cè)量數(shù)據(jù)

2.2 化學(xué)元素復(fù)核

對(duì)樣管材質(zhì)12Cr1MoVG的主要合金元素進(jìn)行光譜分析，符合GB 5310—2008《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》中化學(xué)成分的技術(shù)要求，見表2。

表2 元素成分光譜分析結(jié)果 %

2.3 常溫力學(xué)性能試驗(yàn)

對(duì)3段樣管進(jìn)行常溫力學(xué)性能試驗(yàn)，除個(gè)別試樣不符合GB 5310—2008《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》中鋼管的力學(xué)性能要求外，其余試樣試驗(yàn)結(jié)果均符合要求，見表3。

表3 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

2.4 顯微組織、內(nèi)外壁氧化形貌及硬度試驗(yàn)

磨制拋光試樣后在100倍顯微鏡下觀察內(nèi)、外壁氧化皮，腐蝕后在高倍顯微鏡下觀察顯微組織，并在臺(tái)式布氏硬度計(jì)上用小直徑鋼球以小載荷測(cè)量其布氏硬度。幾乎所有試樣的組織均已達(dá)到4級(jí)球化及以上，內(nèi)、外壁氧化皮厚0.2 mm左右，爆口處有深入基體的氧化裂紋。DL/T 438—2009《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》推薦12Cr1MoVG的硬度值為135～179 HBW，爆口爐前直段及“42前-1”管的硬度均已低于此范圍，見表4。

表4 氧化皮厚度測(cè)量、顯微組織、硬度試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表

圖4 爆口處內(nèi)壁氧化形貌

圖5 爆口處外壁氧化皮

圖6 爆口處顯微組織(球化4級(jí))

圖7 爆口對(duì)側(cè)內(nèi)弧處內(nèi)壁氧化皮

圖8 爆口對(duì)側(cè)內(nèi)弧處外壁氧化皮

圖9 爆口對(duì)側(cè)內(nèi)弧處顯微組織(球化3.5級(jí))

圖10 爆口一側(cè)尖端開裂處內(nèi)壁氧化皮

圖11 爆口一側(cè)尖端開裂處外壁開裂及氧化裂紋

圖12 爆口一側(cè)尖端開裂處外壁開裂及氧化裂紋

圖13 爆口一側(cè)尖端開裂處顯微組織(球化4級(jí))

圖14 爆管爐前直段迎火處內(nèi)壁氧化皮

圖15 爆管爐前直段迎火處外壁氧化皮

圖16 爆管爐前直段迎火處顯微組織(球化4.5級(jí))

圖17 爆管爐后直段迎火處內(nèi)壁氧化皮

圖18 爆管爐后直段迎火處外壁氧化皮

圖19 爆管爐后直段迎火處顯微組織(球化3.5級(jí))

圖20 “42前-1”管迎火處內(nèi)壁氧化皮

圖21 “42前-1”管迎火處外壁氧化皮

圖22 “42前-1”管顯微組織(球化4級(jí))

圖23 “43前-1”管迎火處內(nèi)壁氧化皮

圖24 “43前-1”管迎火處外壁氧化皮

圖25 “43前-1”管顯微組織(球化4級(jí))

3 結(jié)論及建議

(1)宏觀檢查、管徑測(cè)量、爆口壁厚測(cè)量、常溫力學(xué)性能試驗(yàn)、合金元素復(fù)核、硬度試驗(yàn)及金相分析顯示：爆口形貌具有典型長(zhǎng)期過熱斷裂的特征；爆口呈脆性斷口，邊緣粗糙且不平整；爆口處壁厚無(wú)明顯減薄，爆口張開度比較小，管子外壁有較多與爆口方向一致的縱向裂紋；爆口處管子內(nèi)壁有一層較厚的氧化皮，爆口處金相組織均為4級(jí)及以上球化，部分位置硬度值已低于標(biāo)準(zhǔn)推薦的下限值；個(gè)別試樣的抗拉強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)下限值。對(duì)主要合金元素進(jìn)行復(fù)核并與未爆的管進(jìn)行對(duì)比分析，排除鋼材錯(cuò)用引起爆管的可能性，判斷此次爆管原因?yàn)殚L(zhǎng)期過熱。

(2)根據(jù)管子球化嚴(yán)重的分析結(jié)果，應(yīng)盡快停爐，對(duì)高溫過熱器受熱面管子進(jìn)行全面的壽命評(píng)估試驗(yàn)，并在停爐前加強(qiáng)#1鍋爐運(yùn)行參數(shù)的控制，確保鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]DL/T 438—2009 火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程[S].

[2]DL/T 773—2001 火電廠用12Cr1MoV鋼球化評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]劉尚慈.火力發(fā)電廠金屬斷裂與失效分析[M].北京：水利電力出版社，1990.