1 025t/h鍋爐過(guò)熱器管漏泄原因分析及處理措施

侯淑王番

（大唐琿春發(fā)電廠，吉林 琿春 133301）

過(guò)熱器是鍋爐受熱面的重要組成部分，其作用是將蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的飽和蒸汽（一次蒸汽）加熱成為具有一定溫度和壓力的過(guò)飽和蒸汽，以增加蒸汽的焓值，提高蒸汽的做功能力。過(guò)熱器管漏泄是造成電廠非正常停機(jī)的常見(jiàn)形式，一般占機(jī)組非正常停機(jī)事故的50%，最高可達(dá)80%，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。2015年2月4日，某發(fā)電廠4號(hào)鍋爐過(guò)熱器管出現(xiàn)泄漏，造成機(jī)組非正常停機(jī)，本文通過(guò)光譜、力學(xué)性能及金相分析，找出了過(guò)熱器管泄漏的原因，并給出了處理措施。

1 設(shè)備概況

該發(fā)電廠4 號(hào)鍋爐型號(hào)為WGZ1025/18.44－10，過(guò)熱器材質(zhì)為T(mén)91和12Cr1MoV，規(guī)格為φ44.5 mm×7mm，過(guò)熱器位于爐膛正上方，由兩個(gè)進(jìn)口聯(lián)箱分別引出6組管屏，每組由8小片組成，每小片由7根管子繞制而成。壁溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝于每組大屏的第5組小屏出口管上。過(guò)熱器管壁溫報(bào)警溫度為524 ℃。2015年2月4日，4號(hào)鍋爐過(guò)熱器發(fā)生爆管，造成機(jī)組停機(jī)，鍋爐累計(jì)運(yùn)行55 644h。本次漏泄管段材質(zhì)為12Cr1MoV，過(guò)熱器管限位塊材質(zhì)為ZGCr20Ni14Si2Mn1.5。

2 宏觀檢查

對(duì)過(guò)熱器進(jìn)行宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)標(biāo)高58m 有3處爆口。第1爆口位于第2排8屏后數(shù)第12根下數(shù)第3個(gè)限位塊焊縫，沿著焊縫熱影響區(qū)撕裂，破口長(zhǎng)50mm，寬6mm，周?chē)写祿p痕跡。破口的斷裂面粗鈍，邊緣不鋒利，附近有平行軸向的裂紋，管子內(nèi)、外表面有氧化皮，爆口宏觀形貌見(jiàn)圖1。第2 爆口位于第2排第7屏后數(shù)第1根，有明顯介質(zhì)吹損減薄痕跡，是第1爆口介質(zhì)吹向爐前，將同排相鄰出列的第7屏后數(shù)第1根管吹損減薄后漏泄。第3爆口位于第3排第8屏后數(shù)第7根，該處管段斷裂，斷裂后導(dǎo)致第8屏呈130°夾角變形，斷口橫斷面一側(cè)壁厚7mm，另一側(cè)減薄至2mm 左右。

圖1 第1爆口宏觀形貌

3 理化及金相分析

3.1 光譜分析

使用直讀光譜儀對(duì)過(guò)熱器管、限位塊及限位塊與管材焊縫進(jìn)行合金成分分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。過(guò)熱器管合金成分符合GB 5310—2008《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)要求，限位塊與焊縫合金成分符合GB/T 20878—2007《不銹鋼和耐熱鋼牌號(hào)及化學(xué)成分》標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 合金成分實(shí)測(cè)與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比

3.2 力學(xué)性能分析

在爆口附近選取3個(gè)具有代表性的部位取樣，進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，取樣位置及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。其中第2排8屏后數(shù)第12根下數(shù)第2個(gè)限位塊處和第2排8屏后數(shù)第12根下數(shù)第3個(gè)限位塊處（第1爆口）抗拉強(qiáng)度低于GB 5310—2008標(biāo)準(zhǔn)（470～640/MPa），第2排8屏后數(shù)第3根入口下數(shù)第2個(gè)限位塊與第2排7屏后數(shù)第1根（第2爆口處）抗拉強(qiáng)度符合GB 5310—2008標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

3.3 金相分析

用LECO300大型顯微鏡對(duì)過(guò)熱器管試樣進(jìn)行金相分析。第2排8屏后數(shù)12根管第1爆口附近割取試樣的金相組織為鐵素體＋碳化物，球化級(jí)別為4.5級(jí)，見(jiàn)圖2。

第2排7屏后數(shù)第1根管（第2爆口）的金相組織為鐵素體＋珠光體，珠光體球化級(jí)別為3 級(jí)，見(jiàn)圖3。

圖2 第1爆口附近金相組織 200倍

圖3 第2爆口附近金相組織 200倍

通過(guò)以上分析，過(guò)熱器管、限位塊及其焊縫均與設(shè)計(jì)材質(zhì)相符，第2排8屏后數(shù)第3根管的入口抗拉強(qiáng)度符合GB 5310—2008標(biāo)準(zhǔn)要求，金相組織球化3級(jí)，但出口從下數(shù)第2個(gè)限位塊起抗拉強(qiáng)度均不合格，而且金相分析球化等級(jí)逐級(jí)升高，此管段出口管的力學(xué)性能?chē)?yán)重劣化，金相組織嚴(yán)重老化。第2排8屏后數(shù)第12根管第三個(gè)限位塊（第1爆口）首先漏泄，其他兩處均為被第1爆口吹損后漏泄，并造成第3爆口處斷裂。

4 爆管原因分析

對(duì)近3個(gè)月過(guò)熱器超溫情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，未發(fā)生超溫10 ℃持續(xù)10min以上現(xiàn)象，但單次瞬間超溫10 ℃以上，共發(fā)生12次，超溫最高值540 ℃，說(shuō)明運(yùn)行期間過(guò)熱器有超溫現(xiàn)象。

機(jī)組運(yùn)行中過(guò)熱器管屏晃動(dòng)，限位塊與母材之間產(chǎn)生應(yīng)力，限位塊焊縫在焊接過(guò)程中形成的殘余應(yīng)力及機(jī)組運(yùn)行中的交變應(yīng)力與爐管內(nèi)氣流波動(dòng)引起的振動(dòng)應(yīng)力等相疊加，使焊縫區(qū)域交變應(yīng)力水平較高，是過(guò)熱器爆管的主要原因；爆口管材為12Cr1MoV，限位塊材質(zhì)為奧氏體不銹鋼，由于兩者耐熱性能和膨脹系數(shù)存在差異，在工作條件下低珞鉬釩鋼平均線膨脹系數(shù)為13.93，而奧氏體鋼為18.19，從而導(dǎo)致在接頭處存在熱脹差，在低等級(jí)材料部分出現(xiàn)輕微蠕變，隨著運(yùn)行加快蠕變速度，使管材強(qiáng)度下降，這是過(guò)熱器爆管的次要原因。

焊接接頭本身就是構(gòu)件的薄弱部位，而熔合線及熱影響區(qū)又是焊接接頭的最薄弱區(qū)域，這樣在交變應(yīng)力作用下導(dǎo)致沿著焊縫熱影響區(qū)撕裂，且爆口介質(zhì)沖刷其他管壁使其壁厚減薄，強(qiáng)度急劇下降，在交變應(yīng)力的作用下發(fā)生斷裂。

5 處理措施及結(jié)論

過(guò)熱器管在高溫運(yùn)行的過(guò)程中，在交變應(yīng)力作用下使焊接接頭熱影響區(qū)受到應(yīng)力幅值較高的載荷作用，加上限位塊與過(guò)熱器管材質(zhì)不同，兩者存在膨脹系數(shù)的差異，最終導(dǎo)致開(kāi)裂失效。

對(duì)第2排3處爆口換管處理，割除因斷管造成變形的管屏，并在二次密封聯(lián)箱處進(jìn)行封堵。全面排查其他限位塊焊縫情況，對(duì)過(guò)熱器7 398個(gè)限位塊進(jìn)行著色滲透探傷，檢查發(fā)現(xiàn)限位塊裂紋63處，其中62處焊縫裂紋，1處裂紋延伸至母材。焊縫裂紋全部打磨后補(bǔ)焊處理，在第2排8屏后數(shù)第12根下數(shù)第3個(gè)限位塊（第一爆口）管段發(fā)現(xiàn)裂紋延伸至母材，對(duì)其進(jìn)行更換。在過(guò)熱器高溫區(qū)（從爐前向爐后數(shù)第1屏出口段）增加6處壁溫測(cè)點(diǎn)，多方位對(duì)管壁溫度進(jìn)行監(jiān)控。處理后對(duì)4 號(hào)爐進(jìn)行了水壓試驗(yàn)，檢查承壓部件無(wú)泄漏，水壓試驗(yàn)合格，鍋爐至今運(yùn)行良好。