曹海兵，劉世剛

（1.中廣核工程有限公司設(shè)備采購與成套中心，廣東深圳518124；2.國電科學(xué)技術(shù)研究院，湖北武漢430000）

關(guān)于某鍋爐水冷壁管爆管的失效分析

曹海兵1，劉世剛2

（1.中廣核工程有限公司設(shè)備采購與成套中心，廣東深圳518124；2.國電科學(xué)技術(shù)研究院，湖北武漢430000）

在火力發(fā)電廠中，水冷壁爆管現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，對發(fā)電機(jī)組造成很大的影響，也給業(yè)主單位造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。采用宏觀檢查、金相顯微組織分析、顯微硬度測試等方法，對某電廠一超超臨界鍋爐水冷壁爆管原因進(jìn)行了調(diào)查分析。分析結(jié)果表明：這次爆管是由于水冷壁向火側(cè)局部嚴(yán)重超溫造成的。給后續(xù)類似工程問題的分析提供了參考。

超超臨界鍋爐；水冷壁；爆管；失效分析

某火力發(fā)電廠一新建爐為超臨界參數(shù)660 MW直流鍋爐，在進(jìn)行168試驗(yàn)時(shí)，現(xiàn)場出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，泄漏位于鍋爐左側(cè)水冷壁50 m左右位置吹灰器孔彎頭下方。機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行，停機(jī)后對泄漏位置進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)4個(gè)爆口。位于鍋爐的左側(cè)，從前往后數(shù)第210根水冷壁管。對該管（Φ31.8×8.5 mm，15CrMo）取樣進(jìn)行分析，取樣點(diǎn)宏觀形貌如圖1所示。

圖1　爆口管段宏觀照片及取樣位置圖

1　爆管的宏觀檢查

經(jīng)對爆管進(jìn)行宏觀檢查，在管的向火側(cè)發(fā)現(xiàn)爆口，外觀觀察到有明顯氧化膜，斷口出現(xiàn)撕裂狀。對爆口進(jìn)行測量，爆口長約10 mm，寬約1.5 mm；脹粗直徑最大值約41 mm.經(jīng)計(jì)算，脹粗量為27.6%，管子脹粗明顯［1］。

從圖2可見，爆口兩端截面的橢圓度較大，爆口處的管壁壁厚明顯減薄。以爆口為基準(zhǔn)，管樣距離較近的定為近端，距離較遠(yuǎn)的定為遠(yuǎn)端。經(jīng)過測量，近端和遠(yuǎn)端的管徑、壁厚最大值、壁厚最小值分別為34.1 mm/32.7 mm、8.8 mm/8.3 mm、6.4 mm/6.9 mm.

圖2　爆口管樣兩端及橫截面圖片

2　爆管的微觀檢查

為進(jìn)一步分析爆管的具體原因，切割管段，選取試樣進(jìn)行微觀檢查分析。選取4個(gè)樣品，取樣位置見圖1所示。經(jīng)切割、鑲嵌、磨樣、拋光并用4%硝酸酒精腐蝕，在DMI-3000M型金相顯微鏡上進(jìn)行金相組織觀察［2］。

2.1樣品1

樣品1是爆口橫截面，金相組織為鐵素體+珠光體+貝氏體，觀察發(fā)現(xiàn)該截面的晶粒沿壁厚減薄方向有明顯拉長。測量發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部氧化膜最大厚度約113 μm（見圖3）。爆口尖端截面有連接成微裂紋的蠕變孔洞，最長一條約109 μm（見圖4）。

圖3　爆口橫截面的內(nèi)壁氧化膜

圖4　爆口尖端橫截面的組織形貌

2.2樣品2

樣品2是爆口縱截面，金相組織為鐵素體+珠光體+貝氏體，觀察發(fā)現(xiàn)晶粒存在變形，如圖5所示。截面內(nèi)壁氧化膜最大厚度約210 μm，如圖6所示。

圖5　爆口縱截面組織形貌

圖6　爆口縱截面內(nèi)壁氧化膜

2.3樣品3

樣品3是爆口的背火側(cè)橫截面，心部金相組織為鐵素體+回火貝氏體（圖7）。內(nèi)壁氧化膜最大厚度約70 μm（圖8）。

圖7　爆口背火側(cè)橫截面形貌

圖8　爆口背火側(cè)橫截面內(nèi)壁氧化膜

2.4樣品4

在距爆口邊界約138 mm位置的向火側(cè)橫截面選取樣品4，金相觀察顯示可看出心部金相組織為鐵素體+回火貝氏體（圖9）。內(nèi)壁氧化膜最大厚度約103 μm（圖10），表層金相組織：鐵素體+珠光體。

圖10　向火側(cè)橫截面內(nèi)壁氧化膜

3　樣品顯微硬度測試

在Wolpert 401MVD型維氏硬度計(jì)上對樣品3和樣品4進(jìn)行顯微硬度測試（載荷200 g，保荷10 s），結(jié)果如表1所示［3］。由表1可以看出，樣品3和樣品4的硬度值均標(biāo)準(zhǔn)的控制范圍內(nèi)。

*DL/T 438-2009《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》。

4　結(jié)束語

綜合上述分析結(jié)果，可以得出：

（1）這次爆管的主要原因，是水冷壁向火側(cè)局部嚴(yán)重超溫。

（2）管段爆管位置向火側(cè)出現(xiàn)明顯的脹粗，一是因?yàn)橄蚧饌?cè)超溫嚴(yán)重，二是因?yàn)橄蚧饌?cè)可自由膨脹。

（3）在爆口尖端附近發(fā)現(xiàn)較多蠕變裂紋，而在其他位置的試樣上均未發(fā)現(xiàn)，這表明蠕變孔洞應(yīng)是爆管后未停機(jī)，繼續(xù)運(yùn)行造成的。

［1］馮文吉，耿進(jìn)鋒．電站鍋爐水冷壁爆管失效分析［J］．金屬熱處理，2009，（6）：104-107．

［2］胡平，林介東，鐘萬里，等．沙角C電廠3號(hào)鍋爐水冷壁管爆管原因分析［J］．廣東電力，2005，（1）：55-58．

［3］林少文，胡平，鐘萬里，等．廣州發(fā)電廠5號(hào)鍋爐水冷壁爆管原因分析［J］．廣東電力，2002，（3）：24-27.

Failure Analysis on the Tube Bursting of Water Wall Tube of Boiler

CAO Hai-bing1，LIU Shi-gang2
（1.Business Sourcing Subdivision China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd，Shenzhen Guangdong 518124，China；2.Guodian Science and Technology Reaearch Institute，Wuhan Hubei 43000，China）

Tube bursting occurs frequently in thermal power plant，which makes great effect on generator units and huge economic damage for the owner.The use of macro-examination，metallographic microstructure analysis and hardness testing methods，the reason of the tube bursting of water wall tube used in an ultra supercritical boiler of a power plant was analyzed.The results show that the bursting is due to the fire side of water wall tube is severe local overheating.This analysis could give a reference to similar problem.

ultra-supercritical boiler；water wall tube；tube bursting；failure analysis

TK228

A

1672-545X（2016）08-0208-03

2016-05-11

曹海兵（1984-），男，廣東韶關(guān)人，工程師，工學(xué)碩士，從事核電設(shè)備質(zhì)量管理。