鍋爐受熱面爆管引發(fā)的二次泄漏

羅傳旭，吳章勤，艾川，孫成剛

(云南電力試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司，昆明 650217)

鍋爐受熱面爆管引發(fā)的二次泄漏

羅傳旭，吳章勤，艾川，孫成剛

(云南電力試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司，昆明 650217)

火電廠鍋爐運(yùn)行不當(dāng)時(shí)受熱面管子會(huì)發(fā)生長(zhǎng)時(shí)超溫或短時(shí)超溫引發(fā)的爆管。分析了一起鍋爐受熱面爆管處理后，其他受影響部位在運(yùn)行中出現(xiàn)二次泄漏的事例。采用宏觀檢查、材質(zhì)分析、金相分析等方法對(duì)二次泄漏處焊縫組織及附近管樣進(jìn)行分析，泄漏的原因?yàn)槭状伪軙r(shí)，二次泄漏處角焊縫受到較大的交變應(yīng)力影響，鍋爐啟動(dòng)后即在角焊縫熔合區(qū)發(fā)生二次泄漏。爆管后應(yīng)對(duì)相關(guān)金屬部件進(jìn)行全面的無(wú)損檢測(cè)，以消除隱患。

火電廠；鍋爐；受熱面管子；爆管；二次泄漏

0 引言

鍋爐受熱面是指鍋爐內(nèi)與煙氣接觸的金屬表面，即煙氣與水(或蒸汽)進(jìn)行熱交換的表面，鍋爐本體受熱面管的常見(jiàn)缺陷有腐蝕、磨損、變形、開(kāi)裂、泄漏等。鑒于受熱面管的重要作用，在使用、維修和管理等各環(huán)節(jié)必須特別重視。檢查受熱面管的方法有宏觀檢驗(yàn)、金相分析、磁粉檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、射線檢測(cè)和相控陣檢測(cè)等[1-5]。

額定溫度指鋼材在設(shè)計(jì)壽命下運(yùn)行的最高允許溫度，也可指工作時(shí)的額定溫度，超溫是指金屬材料超過(guò)額定溫度服役。鍋爐管因長(zhǎng)期或短期超溫而發(fā)生爆管是十分危險(xiǎn)的，爆管大多發(fā)生在高溫過(guò)熱器管出口段的向火側(cè)及管子彎頭處，水冷壁管、凝渣管和省煤器等其他部位也時(shí)有發(fā)生。管子長(zhǎng)期超溫導(dǎo)致原子擴(kuò)散加劇，鋼材金相組織發(fā)生一定變化，鋼材蠕變速度加快，持久強(qiáng)度降低，管子達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命就提前發(fā)生爆破損壞。鍋爐受熱面管在運(yùn)行中遇到冷卻條件惡化、干燒等突發(fā)情況，使管壁溫度短期內(nèi)突然升高至臨界點(diǎn)以上時(shí)，鋼的抗拉強(qiáng)度急劇下降，管子應(yīng)力超過(guò)管子屈服極限，某些部位產(chǎn)生剪切斷裂而爆管，這種爆管稱為短時(shí)超溫爆管。

在處理超溫爆管事故后，還需要對(duì)爆管處附近及可能受影響的其他部位進(jìn)行全面檢查，否則將容易出現(xiàn)二次事故。

1 一次爆管

某機(jī)組受熱面二級(jí)過(guò)熱器管發(fā)生爆管，標(biāo)高55.6 m的二級(jí)過(guò)熱器出口段第43～48排大面積管屏泄漏，并導(dǎo)致后水冷壁懸吊管被沖刷斷裂。停爐檢查發(fā)現(xiàn)二級(jí)過(guò)熱器出口爆管周邊部分管子出現(xiàn)脹粗現(xiàn)象，部分管子甚至出現(xiàn)爆口、噴擊減薄或開(kāi)口現(xiàn)象。截取初始爆口管段(從爐左往爐右數(shù)第44屏的爐前方向第1根)及脹粗管段(從爐左往爐右數(shù)第31、第43屏的爐前方向第1根)進(jìn)行試驗(yàn)分析。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)：受熱面二級(jí)過(guò)熱器爆管爆口為爆炸狀喇叭口，軸向開(kāi)口長(zhǎng)度為152.8 mm，周向開(kāi)口長(zhǎng)度為96.8 mm，爆口邊緣鋒利，減薄較多，呈撕裂狀；爆口附近管子脹粗較大(最大直徑為49 mm)，管壁變形嚴(yán)重，周邊部分二級(jí)過(guò)熱器管被開(kāi)口處泄漏氣體噴擊減薄或出現(xiàn)噴刷孔洞。送檢管樣均存在漲粗現(xiàn)象，剖開(kāi)后檢測(cè)管內(nèi)壁(向火面和背火面)氧化皮厚度均小于0.2 mm，通過(guò)體視顯微鏡對(duì)管內(nèi)壁進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)表面氧化皮均存在軸向龜裂紋。

經(jīng)材質(zhì)和金相分析得出如下結(jié)論：受熱面二級(jí)過(guò)熱器管內(nèi)表面氧化皮厚度正常，存在軸向龜裂紋；受熱面二級(jí)過(guò)熱器管材質(zhì)為SA213T91鋼，送檢試樣化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求；金相分析結(jié)果顯示，部分試樣組織出現(xiàn)不同程度的老化，部分試樣金相組織正常。

綜上所述，爆口周圍二級(jí)過(guò)熱器管出現(xiàn)漲粗現(xiàn)象，內(nèi)壁氧化皮出現(xiàn)龜裂，爆口呈喇叭狀，二級(jí)過(guò)熱器管化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但爆口附近的試樣金相組織出現(xiàn)老化，而遠(yuǎn)離爆口處金相組織未出現(xiàn)明顯老化現(xiàn)象，符合短期過(guò)熱的特征。

2 二次泄漏

2.1 概況

該機(jī)組于某日23:17啟機(jī)并網(wǎng)，3 d后發(fā)現(xiàn)爐頂大包有飄汽現(xiàn)象，后從大包頂上K2板梁下?tīng)t膛中心偏左開(kāi)孔檢查，聽(tīng)見(jiàn)大包內(nèi)有輕微的異音，擴(kuò)大檢查后，確定水冷壁懸吊管上集箱管座泄漏，第45根管與水冷壁懸吊管上集箱角焊縫處斷裂及管右側(cè)集箱被吹損，第43、第46根管被吹損，第44根管及附近集箱被吹損，第44、第45根管之間集箱被吹損，第45根管集箱后側(cè)被吹損。

該爐水冷壁懸吊管材質(zhì)為SA-210C，規(guī)格為?60 mm×6.5 mm。截取第45根管與集箱連接角焊縫及下部長(zhǎng)1 m的管段送樣進(jìn)行試驗(yàn)分析。

2.2 宏觀檢驗(yàn)

對(duì)來(lái)樣進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)，該鍋爐水冷壁從爐左往爐右數(shù)第45根懸吊管與水冷壁懸吊管上集箱角焊縫斷裂處位于焊縫下部熔合線處，斷裂處裂紋源已經(jīng)被沖掉，斷裂處上部焊縫部位未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，斷裂處下部管子無(wú)脹粗且無(wú)明顯減薄，管壁無(wú)明顯變形，剖開(kāi)后檢測(cè)管內(nèi)壁氧化皮厚度，均小于0.2 mm。體視顯微鏡下觀測(cè)母材近焊口處剖面和焊縫剖面，焊縫、熱影響區(qū)和母材均未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

2.3 材質(zhì)分析

通過(guò)電火花光譜分析儀對(duì)試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析(見(jiàn)表1)，分析結(jié)果表明，各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均符合ASME標(biāo)準(zhǔn)中SA-210C的材質(zhì)要求。

表1 試樣化學(xué)成分分析 %

2.4 金相分析

(1)管樣分析。對(duì)該鍋爐水冷壁懸吊管近焊口處管壁剖面進(jìn)行金相分析，結(jié)果表明：送檢管樣基體金相組織正常，材質(zhì)為軋制處理的鐵素體與珠光體的混合物，珠光體未發(fā)生球化，材質(zhì)無(wú)老化現(xiàn)象，管樣靠近焊縫處組織為熱影響區(qū)的正火區(qū)，組織為重結(jié)晶的鐵素體與球狀珠光體的混合物。

(2)焊縫分析。對(duì)該鍋爐水冷壁懸吊管與水冷壁懸吊管上集箱的角焊縫剖面進(jìn)行金相檢測(cè)，結(jié)果表明：焊縫、熱影響區(qū)、母材組織均正常，母材材質(zhì)為軋制處理的鐵素體與珠光體的混合物，珠光體未發(fā)生球化，材質(zhì)無(wú)老化現(xiàn)象。

2.5 綜合分析結(jié)果

(1)送檢的水冷壁懸吊管為SA-210C鋼，化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求；(2)送檢的水冷壁管樣和焊縫樣品金相組織均正常。

3 結(jié)論

本文案例中二次泄漏是第45根水冷壁懸吊管與水冷壁懸吊管上集箱角焊縫處斷裂所造成的，管樣和焊縫樣品的金相組織均正常，但該管下部在上次二級(jí)過(guò)熱器爆管時(shí)曾被吹損，出現(xiàn)了扭曲和斷裂，在此過(guò)程中上部集箱角焊縫承受了較大的交變應(yīng)力，鍋爐啟動(dòng)后該部位受到正常負(fù)荷時(shí)，在角焊縫的薄弱處——焊縫熔合區(qū)發(fā)生斷裂。

火電廠處理受熱面爆管時(shí)，待處理管束處理完畢后，還應(yīng)對(duì)存在安全隱患的部位進(jìn)行詳盡排查，尤其是應(yīng)力集中部位應(yīng)做重點(diǎn)檢測(cè)。

[1]毛小鵬，賀衛(wèi)國(guó).高溫再熱器管變形原因分析及處理[J].華電技術(shù)，2009，31(9)：51-52.

[2]張李鋒，王小迎，白小云，等.鍋爐低溫過(guò)熱器管損傷研究及預(yù)防對(duì)策[J].陜西電力，2011，39(10):45-47.

[3]肖國(guó)華，王春明，田曉，等.鍋爐末級(jí)過(guò)熱器爆管原因分析及措施[J].熱力發(fā)電，2012，41(3):78-82.

[4]閻光宗，徐雪霞，歐陽(yáng)杰，等.600 MW超臨界機(jī)組屏式過(guò)熱器爆管失效分析[J].金屬熱處理，2011， 36(4):100-102.

[5]陳紅冬，胡波濤，謝國(guó)勝.300 MW機(jī)組水冷壁管橫向裂紋原因分析[J].華中電力，2001，14(6):50-52.

TM 621.2

B

1674-1951(2017)12-0040-02

2017-08-12；

2017-11-02

(本文責(zé)編：劉芳)

羅傳旭(1987—)，男，廣西桂平人，工程師，工學(xué)碩士，從事金屬材料無(wú)損檢測(cè)與失效分析方面的研究工作(E-mail:luochuanxu@foxmail.com)。