生物質(zhì)電廠高溫過熱器爆管原因分析

李俊超，林?。?廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司，廣東湛江54033；.湛江電力有限公司，廣東湛江54099）

生物質(zhì)電廠高溫過熱器爆管原因分析

李俊超1，林丁2
（1.廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司，廣東湛江524033；2.湛江電力有限公司，廣東湛江524099）

通過對生物質(zhì)電廠高溫過熱器爆管進行金相分析，發(fā)現(xiàn)高溫過熱器管存在不同程度的晶間腐蝕，而爆漏彎頭由于晶粒粗大，加速了晶間腐蝕速率。針對此問題提出了進一步開展防腐試驗的建議。

生物質(zhì)鍋爐；316不銹鋼；金相分析；晶間腐蝕

0　前言

某臺50MW純燒生物質(zhì)循流化床鍋爐，鍋爐型號為HX220/9.81-IV1，額定溫度540°C，額定壓力9.8MPa，于2011年投產(chǎn)。高溫過熱器采用材質(zhì)為316不銹鋼管，規(guī)格為?38mm×5mm。于2014年5月3號發(fā)生過熱器爆管事故。為找出爆管原因所在，進行了以下爆管區(qū)域檢查分析及割樣管做金相分析。

1　事件概況

2014年4月25日晚上21:00點火，26日凌晨3:43并網(wǎng)。

2014年5月3日上午17:33，鍋爐爐膛持續(xù)正壓，負荷快速下降，汽機補水增大，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)鍋爐B側(cè)頂棚有汽冒出且爐內(nèi)有泄漏聲，判斷存在爆管。18:06打閘停機。

2014年5月5日上午查出高溫過熱器B側(cè)數(shù)第14屏至19屏存在爆管。

2014年5月8日換管完畢，更換高溫過熱器管43根，共計90個焊口。

2　檢查情況

（1）后墻水冷壁、屏式過熱器未見爆漏點，屏、高過間松動風(fēng)風(fēng)帽未見穿孔、脫落。高溫過熱器爆漏區(qū)域集中在靠近底部彎頭的管屏下部（標(biāo)高約32m），需更換管子43根，其中出現(xiàn)爆口的管子22根，減薄超標(biāo)的管子21根。

（2）高溫過熱器檢查情況：除17-8下彎頭的爆口外，共21根管存在不同形狀、大小的爆口，幾乎所有爆口周圍管外壁減薄明顯。無論爆口是窄長或?qū)捒谛螤?，其邊緣鋒利。判斷爆口是管壁受沖刷減薄而爆。15-9整根直管受爆口噴出蒸汽的反向作用力，嚴(yán)重變形出列，其從原管屏位置偏移至16-9與17-10的管屏間。

（3）17-8下彎頭爆口檢查情況（見圖1）：管爆口周圍內(nèi)、外壁無蒸汽沖刷減薄現(xiàn)象，爆口邊緣鈍厚，呈切割狀，爆口部位有輕微脹粗，此爆口為初始爆口。

（4）為進一步分析爆管原因，取4-7直管部位、16-7直管及彎頭、16-10直管、17-8直管、17-9彎頭及爆口共7處樣管做金相分析。

圖1　17-8下彎頭爆口

1）爆口宏觀檢查

爆口位于管子的彎頭部位，爆口張口不大，邊緣較鈍，為脆性斷裂，斷口見圖3，除爆口部位管子發(fā)生脹粗外，整根管子無脹粗，全部管子明顯減薄，向火側(cè)較為嚴(yán)重，管子的規(guī)格為?38×5，管子的減薄量見表1（16-7、17-9彎頭被蒸汽吹?。?/p>

表1　管子的減薄量

2）管子材料檢驗

管子材料為316不銹鋼，使用便攜式直讀光譜儀/X-MET7000對管子進行檢驗，其化學(xué)成分見表2，材料符合設(shè)計要求。

表2　管子在便攜式直讀光譜儀/X-MET7000分析結(jié)果

3）金相組織分析

在現(xiàn)場取樣的兩個彎頭和一段管子取金相環(huán)，分別取2個彎頭，4段管子及爆口共7個試樣，經(jīng)過粗磨、細磨、拋光、腐蝕，在XJG-05金相顯微鏡下進行金相組織分析，外壁腐蝕情況及內(nèi)壁氧化皮微觀形貌觀察。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為DL/ T884-2004《火電廠金相檢驗與評定技術(shù)導(dǎo)則》。

金相分析結(jié)果如下。

（1）爆口處存在較多的晶間腐蝕裂紋，裂紋是從外壁向內(nèi)壁發(fā)展，形成穿透性裂紋，其晶粒較大。

（2）對各管段進行金相檢查，所有管子外表面都存在晶間裂紋，各段管子的裂紋深度見表3。

表3　各段管子的裂紋深度

從表面裂紋深度可知：向火面比背火面晶間腐蝕裂紋較多且深。

（3）管子內(nèi)壁氧化膜較薄，且比較均勻地附著管子內(nèi)壁，管子內(nèi)壁沒發(fā)現(xiàn)腐蝕裂紋。

（4）由于管子運行過程中表面產(chǎn)生晶間腐蝕裂紋，裂紋到了一定深度，其表面層就容易從管子表面脫落，使管子出現(xiàn)腐蝕減薄，同時由于向火側(cè)裂紋比背火側(cè)嚴(yán)重，故向火側(cè)管壁比背火側(cè)減薄較多。

（5）晶粒粗大的管子腐蝕速度比晶粒小的管子大，且晶間裂紋容易在晶界發(fā)展成穿透性裂紋，從而引起管子過早開裂。

（6）各管段的金相組織及表面腐蝕情況見表4。

3　原因分析

17-8爆口金相分析晶粒度評級5級（其他管屏試樣母材晶粒度7級），晶粒粗大，判斷其爆管彎頭由于彎管后固溶處理過程中溫度控制或恒溫時間未控制好，出現(xiàn)晶粒長大，晶界面積相應(yīng)減少，使得析出在晶界上的鉻碳化合物密度隨之增加，晶界附近區(qū)域發(fā)生鉻的貧化，造成晶界和晶粒之間的化學(xué)成分差異，存在電位差以致形成腐蝕[1-2]。管子內(nèi)壁氧化皮均勻且致密，沒發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁存在腐蝕現(xiàn)象，而外壁受外界腐蝕氣態(tài)HCI和堿性氯化物的沉積，產(chǎn)生晶間裂紋[3]。在宏觀上，晶間腐蝕裂紋沿管壁外表生長，將使管外壁金屬剝落，管壁減??；沿壁厚方向生長，將形成穿透性裂紋。另外，晶間腐蝕使得材質(zhì)變脆，強度急劇下降。

表4　各管段的金相組織及表面腐蝕情況

圖2　1號樣表面腐蝕裂紋

圖3　1號樣向火側(cè)表面腐蝕裂紋

圖4　1號樣背火側(cè)表面腐蝕裂紋

圖5　1號樣內(nèi)壁金相組織和氧化皮形貌

綜上所述，此次爆管原因為316不銹鋼彎頭在熱處理中溫度或時間未控制妥當(dāng)，導(dǎo)致晶粒粗大，加速了外壁晶間腐蝕開裂速度，形成穿透性裂紋，造成管子過早失效。

4　結(jié)論及建議

（1）管子外壁普遍存在晶間腐蝕現(xiàn)象，裂紋是從外壁向內(nèi)壁擴展，由于晶間腐蝕后晶粒容易從表面基體上形成表面層脫落，引起管壁減薄，向火側(cè)比背火側(cè)較為嚴(yán)重。

（2）爆管彎頭由于彎管后的熱處理過程中出現(xiàn)晶粒長大，更容易在運行中產(chǎn)生晶間腐蝕裂紋，裂紋形成穿透性，造成管子過早失效，是導(dǎo)致本次爆管的主要原因。

（3）316已不適合此工作環(huán)境下作為高溫過熱器用鋼。

（4）管子內(nèi)壁氧化皮均勻且致密，沒發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁存在腐蝕現(xiàn)象，水質(zhì)較好，不透鋼老化不明顯。

（5）對SUS316應(yīng)用于高溫高壓生物質(zhì)的適用性進行分析，并可通過實驗室試驗的方法，選用其他同類型材料（如TP347H等），進行高溫高壓生物質(zhì)的適用性進行分析。

（6）針對目前高溫受熱面管材SUS316的實際情況，通過現(xiàn)場利用試驗的方法，判斷其他同類管材對該廠的適應(yīng)性，華西能源提供管材（TP347H、P91等，包含噴涂與不噴涂的兩種管樣）于現(xiàn)場安裝，進行試驗判定。

（7）加強運行調(diào)整，促進爐內(nèi)燃燒的穩(wěn)定性，盡量避免鍋爐運行工況大幅變化，鍋爐工況變化較大時可以考慮機組定壓運行，防止蒸汽參數(shù)的急劇變化。

（8）進行燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗，如風(fēng)量配比試驗、爐膛出口溫度、燃燒氧量調(diào)整、燃料混配摻燒調(diào)整等，通過測量煙氣中可能造成腐蝕成分的變化達到優(yōu)化目的。

圖6　3號樣向火側(cè)表面腐蝕裂紋

圖7　3號樣背火側(cè)表面腐蝕裂紋

圖8　3號樣內(nèi)壁金相組織和氧化皮形貌

圖9　5號樣向火側(cè)表面腐蝕裂紋

圖10　5號樣背火側(cè)表面腐蝕裂紋

圖11　5號樣內(nèi)壁金相組織和氧化皮形貌

圖12　6號樣斷口

圖13　6號樣向火側(cè)表面腐蝕裂紋

圖14　6號樣背火側(cè)表面腐蝕裂紋

（9）對電廠常用的生物質(zhì)原料進行添加高嶺土、活性礬土、白云石、氧化鈣等添加劑燃燒試驗，確定適用于生物質(zhì)電廠的減緩腐蝕添加劑，并在電廠進行試用。

［1］宋鴻偉，甄邯偉.生物質(zhì)鍋爐高溫過熱器腐蝕機理的研究［J］.鍋爐制造，2010（5）：14-18.

［2］劉蕊，岳增武.燃用生物質(zhì)鍋爐末級過熱器管腐蝕原因分析［J］.熱力發(fā)電，2013（2）：98-100.

［3］宋景慧，胡平.大型生物質(zhì)直燃鍋爐高溫受熱面腐蝕問題分析［J］.鍋爐技術(shù)，2013（2）：56-59.

(編輯：王智圣)

Cause Analysis on Tube Explosion of High-Temperature Superheater in a Biomass Power Plant

LI Jun-chao1，LIN Ding2
（1.Guangdong Yuedian Zhanjiang Biomass Electric Generating Co.，Ltd.，Zhanjiang524033，China；2.Zhanjiang Electric Power Co.，Ltd.，Zhanjiang524099，China）

Through the metallographic analysisof theexplosive tube,this paper analyzes that the High-Temperature Superheater exists inter-crystalline corrosion on different levels in a biomass power plant,and because of explosive elbow exists grain coarsening,speeds up the rate of inter-crystalline corrosion.Thispaper has put forward a further suggestion ofanticorrosion test to thisproblem.

biomass-fired boiler；316 stainlesssteel；metallographic analysis；inter-crystalline corrosion

TM62 TG115

A

1009－9492(2015)06－0163－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.048

2015－04－23

李俊超，男，1989年生，廣東廣州人，大學(xué)本科，助理工程師。研究領(lǐng)域：電廠鍋爐設(shè)備管理及金屬監(jiān)督。