600 MW機(jī)組屏式過(guò)熱器TP304H不銹鋼彎頭側(cè)弧裂紋分析

史澤東，廖運(yùn)波

(四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司，四川 廣安　638000)

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600 MW機(jī)組屏式過(guò)熱器TP304H不銹鋼彎頭側(cè)弧裂紋分析

史澤東，廖運(yùn)波

(四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司，四川 廣安638000)

摘要：結(jié)合某電廠600 MW機(jī)組屏式過(guò)熱器夾持管彎頭裂紋事件，介紹了304H不銹鋼彎頭側(cè)弧裂紋分析方法，分析了事件發(fā)生原因，并提出了預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：600 MW機(jī)組；屏式過(guò)熱器；夾持管；不銹鋼彎頭；彎頭側(cè)弧裂紋

1系統(tǒng)概況

某電廠2臺(tái)600 MW機(jī)組鍋爐均為東方鍋爐廠制造的DG2028/17.45-Ⅱ5型亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對(duì)沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、尾部雙煙道、全鋼構(gòu)架的Π型爐。

鍋爐過(guò)熱器系統(tǒng)由頂棚過(guò)熱器、包墻過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器組成。過(guò)熱器系統(tǒng)設(shè)置有兩級(jí)噴水減溫器用于調(diào)節(jié)過(guò)熱蒸汽溫度，一級(jí)減溫器布置在低溫過(guò)熱器出口集箱至屏式過(guò)熱器進(jìn)口集箱的連接管上，共2個(gè)；二級(jí)減溫器布置在屏式過(guò)熱器出口集箱至高溫過(guò)熱器進(jìn)口集箱的連接管上，共2個(gè)。屏式過(guò)熱器分布于爐膛正上方，爐墻A側(cè)墻向B側(cè)墻方向共12大屏，每大屏爐前向爐后方向?yàn)?小屏，每小屏32根管(進(jìn)、出口各16根)。每小屏中間的管子下部設(shè)置成夾持管，起防止管屏管子變形出列的作用，夾持管彎頭如圖1所示，管子規(guī)格為?44.5 mm×7 mm。

鍋爐制粉系統(tǒng)為中速磨正壓直吹式系統(tǒng)，磨煤機(jī)為ZGM113K型中速輥式磨煤機(jī)，共6臺(tái)，其中1臺(tái)備用。鍋爐共配有30個(gè)由三井·巴布科克公司設(shè)計(jì)、東方鍋爐廠制造的LNASB低NOx軸向旋流式煤粉燃燒器，分3層對(duì)稱布置在鍋爐前、后墻水冷壁上，前、后墻每層各均布5個(gè)，頂層燃燒器上部布置有燃盡風(fēng)。

2事件發(fā)生前機(jī)組運(yùn)行情況

該廠2臺(tái)600 MW機(jī)組分別于2006，2007年投產(chǎn)，至2015年10月運(yùn)行小時(shí)數(shù)均為5.1萬(wàn)左右，期間#1機(jī)組啟(停)37次，#2機(jī)組啟(停)32次。

2臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)后,鍋爐存在燃燒穩(wěn)定性較差、屏式過(guò)熱器溫度超過(guò)設(shè)計(jì)值(屏式過(guò)熱器出口設(shè)計(jì)溫度480 ℃)的情況，局部管壁溫度長(zhǎng)期超過(guò)500 ℃。為了確保屏式過(guò)熱器管壁不超溫，一級(jí)減溫水均明顯超過(guò)設(shè)計(jì)值(設(shè)計(jì)值為40 t/h)，根據(jù)2014年減溫水量統(tǒng)計(jì)，在滿負(fù)荷情況下一級(jí)減溫水平均用量分別為#1機(jī)組139 t/h，#2機(jī)組109 t/h。由于燃燒不穩(wěn)定及減溫水調(diào)節(jié)，使得屏式過(guò)熱器壁溫存在較大范圍的波動(dòng)(如圖2所示)。

圖2　屏式過(guò)熱器壁溫( #1機(jī)組CT042)

3事件經(jīng)過(guò)

2015-04-07 T 02：47:00，#1機(jī)組負(fù)荷428 MW，主蒸汽壓力12.9 MPa，再熱蒸汽壓力2.4 MPa，主蒸汽溫度541 ℃，再熱蒸汽溫度542 ℃，給水流量1 207 t/h，蒸汽流量1 206 t/h，A，B，C，D，F(xiàn)制粉系統(tǒng)運(yùn)行，引風(fēng)機(jī)A，B電流分別為231，227 A，鍋爐補(bǔ)水量為53 t/h，較平時(shí)增大約14 t/h，其他參數(shù)無(wú)異常。4月11日停機(jī)后檢查發(fā)現(xiàn)，屏式過(guò)熱器B4大屏爐后第1小屏夾持管彎頭側(cè)弧裂紋(如圖3所示)。管子規(guī)格為?44.5 mm×7 mm，材質(zhì)為SA-213MTP304H。

圖3　彎頭開(kāi)裂情況

裂紋為管內(nèi)壁向管外發(fā)展，裂紋擴(kuò)展至宏觀泄漏之前具有很強(qiáng)的隱蔽性，為了弄清其產(chǎn)生的原因，在更換泄漏夾持管彎頭的同時(shí)將裂紋管段送檢分析。2015年4月13日該處泄漏管段恢復(fù)完成，2015年5月5日機(jī)組按調(diào)令正常開(kāi)機(jī)。

2015年9月、10月，該廠在2臺(tái)機(jī)組小修期間分別對(duì)所有屏式過(guò)熱器夾持管彎頭(2臺(tái)鍋爐共96根)進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)#1鍋爐有1處類似裂紋、#2鍋爐有2處類似裂紋，并于機(jī)組小修期間對(duì)發(fā)現(xiàn)存在裂紋的夾持管彎頭進(jìn)行了更換。

4原因分析

4.1宏觀方面

整體上觀察，彎頭氧化程度較輕，開(kāi)裂的位置位于彎頭兩側(cè)中性面，附近裂紋整體走向沿管子軸向方向，其中一側(cè)在厚度方向已裂穿，另一側(cè)未裂穿(如圖3所示)。對(duì)彎頭進(jìn)行測(cè)量，同一斷面最大外徑為45 mm，最小外徑為41 mm，橢圓率為8.99%，滿足DL 612—1996《電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程》[1]要求。

4.2滲透檢測(cè)

彎頭經(jīng)剖開(kāi)后進(jìn)行滲透檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)除在未裂穿一側(cè)存在眾多的平行軸向裂紋外，在外弧面內(nèi)壁邊緣存在許多徑向裂紋，如圖4所示。

圖4　徑向裂紋

4.3硬度檢測(cè)

測(cè)試位置包括試樣外弧面、中性面及橫截面，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

檢測(cè)結(jié)果表明，試樣的硬度滿足SA-213的相關(guān)要求，但根據(jù)DL/T 438—2009《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》[2]中對(duì)TP304H的相關(guān)要求，可知試樣硬度值在合格范圍內(nèi)靠近下限。

表1　硬度測(cè)試結(jié)果

4.4金相檢測(cè)

對(duì)彎頭中性面(裂穿一側(cè))及橫截面分別進(jìn)行金相組織檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示：彎頭中性面及橫截面金相組織均為為奧氏體，未發(fā)現(xiàn)碳化物大量析出，不存在晶間腐蝕現(xiàn)象，試樣金相組織未見(jiàn)異常。

4.5掃描電鏡分析

對(duì)開(kāi)裂斷口由內(nèi)壁向外壁進(jìn)行掃描電鏡觀察，結(jié)果顯示疲勞輝紋起源于管子內(nèi)壁，由內(nèi)表面向內(nèi)部擴(kuò)展；同時(shí)還觀察到與裂紋方向一致的河流花樣及解理臺(tái)階，說(shuō)明材料的開(kāi)裂為脆性斷裂。在高倍電鏡下(×1 000)，發(fā)現(xiàn)大量疲勞裂紋。

4.6分析結(jié)果

根據(jù)機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行存在的屏式過(guò)熱器壁溫超過(guò)設(shè)計(jì)值及壁溫大幅度波動(dòng)問(wèn)題，以及對(duì)裂紋彎頭的分析檢測(cè)，得出如下結(jié)論：在熱應(yīng)力的長(zhǎng)期周期交互作用下，因管子內(nèi)外壁之間存在溫度差，產(chǎn)生由內(nèi)壁向外的疲勞微裂紋，微裂紋的擴(kuò)展將引起熱疲勞宏觀裂紋的出現(xiàn)，最終發(fā)生疲勞斷裂。

5預(yù)防措施

(1)結(jié)合機(jī)組檢修對(duì)該類夾持管彎頭進(jìn)行割管檢驗(yàn)，尤其是運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、機(jī)組啟停頻繁、存在燃燒不穩(wěn)定致使管壁溫度超溫及波動(dòng)頻繁問(wèn)題的機(jī)組，更應(yīng)該加大抽檢比例[3]。

(2)對(duì)燃燒系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行研究處理，解決燃燒不穩(wěn)定的問(wèn)題，避免因超溫及減溫水過(guò)調(diào)導(dǎo)致的管壁溫度大幅度頻繁波動(dòng)。

(3)該類夾持管底部彎頭彎曲半徑過(guò)小，應(yīng)力集中，因此建議對(duì)該類夾持管進(jìn)行改造，增大其彎曲半徑以減少應(yīng)力集中的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程:DL 612—1996[S].

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

[3]王宗仁.東鍋300 MW循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].華電技術(shù)，2015，37(10):27-29.

(本文責(zé)編：白銀雷)

收稿日期：2015-12-21；修回日期：2016-01-15

中圖分類號(hào)：TK 223.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1951(2016)03-0032-02

作者簡(jiǎn)介：

史澤東(1985—)，男，四川三臺(tái)人，助理工程師，從事發(fā)電廠鍋爐檢修技術(shù)管理方面的工作(E-mail:659065282@qq.com)。

廖運(yùn)波(1985—)，男，重慶人，助理工程師，從事發(fā)電廠鍋爐檢修技術(shù)管理方面的工作。