鍋爐屏式過(guò)熱器泄露原因分析

張 虔 ，龔 巍

（1.哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150046；2.高效清潔燃煤電站鍋爐國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司），黑龍江 哈爾濱 150046）

某電廠鍋爐爐200 MW鍋爐運(yùn)行半年后屏式過(guò)熱器發(fā)生爆管事故，產(chǎn)生泄露。屏式過(guò)熱器從左向右數(shù)第二屏后屏過(guò)熱器出現(xiàn)泄露，原始爆口在最內(nèi)側(cè)下部彎頭的背彎處，然后將相鄰的下部三處彎頭吹損。原始爆管彎頭的材質(zhì)為12Cr1MoVG，規(guī)格為Φ42×5 mm。為分析屏式過(guò)熱器的泄露原因，提高鍋爐安全運(yùn)行的機(jī)組可靠性，筆者對(duì)其進(jìn)行理化檢驗(yàn)和分析。

1 理化檢驗(yàn)分析

1.1 宏觀檢驗(yàn)

將該屏式過(guò)熱器泄露管段進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)，其原始爆口的宏觀形貌圖1和圖2。觀察爆口的宏觀形貌，發(fā)現(xiàn)彎頭爆口處外表面的裂縫比內(nèi)表面長(zhǎng)。說(shuō)明彎頭爆口處外表面先開裂，后向內(nèi)表面擴(kuò)展。

圖1 原始爆口的宏觀形貌

圖2 原始爆口的宏觀形貌

1.2 化學(xué)成分分析

采用OBLF QSN-750型直讀光譜儀對(duì)泄漏樣管段進(jìn)行化學(xué)成分分析，由表1可知，該管段的各元素含量均滿足GB/T5310-2017鋼化學(xué)成分的技術(shù)要求，可排除泄漏管段材料用錯(cuò)的可能性。

表1 爆管彎頭的化學(xué)成分

1.3 金相檢驗(yàn)

為便于分析，將爆口端的橫截面磨制和拋光后進(jìn)行微觀金相檢驗(yàn)。在直管段上取2縱向金相試樣，其中1#試樣在遠(yuǎn)離爆口的一端，2#試樣在離爆口較近的一端。在爆口處橫截面上分別取3#和4#金相試樣，其中3#試樣在爆口處位于彎頭背彎面，4#試樣正對(duì)爆口位于向彎面。這4組試樣為橫向試樣。檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 4組金相試樣微觀檢驗(yàn)結(jié)果

在金相顯微鏡下觀察3#試樣，觀察從外表面向內(nèi)表面，發(fā)現(xiàn)晶界上有蠕變孔洞，且外表面蠕變孔洞最多，中間部分居中，內(nèi)表面的蠕變孔洞最少。

1.4 力學(xué)性能檢驗(yàn)

為進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，將爆管彎頭鋸成彎管段和長(zhǎng)約25厘米的直管段2部分，在彎頭的直管段取2條條狀拉伸試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，分別為5#試樣和6#試樣。兩條狀拉伸試樣內(nèi)外表面均帶有一定厚度的氧化皮。其中5#試樣未做任何處理直接進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。6#試樣經(jīng)過(guò)30%的硝酸酒精酸洗后，條狀試樣上部分區(qū)域內(nèi)外表面的氧化皮被酸洗掉，露出金屬光澤；6#試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，計(jì)算橫截面面積時(shí)，壁厚方向的尺寸在露出金屬光澤的區(qū)域測(cè)量。

表3 爆管彎頭直管段學(xué)性能數(shù)據(jù)

從表3中可以看出，5#和6#條狀拉伸試樣的屈服點(diǎn)和斷后伸長(zhǎng)率滿足GB5310-2017標(biāo)準(zhǔn)的要求，但2組拉伸試樣的抗拉強(qiáng)度和1#金相試樣換算后的抗拉強(qiáng)度不符合GB5310-2017標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2 分析討論

計(jì)算爆管彎頭的內(nèi)外表面的氧化率。爆管彎頭直管段管子的實(shí)際壁厚按公稱壁厚計(jì)算，管子的氧化率為（5.52-5）/5×100%=10.4%；爆管彎頭直管段管子的實(shí)際壁厚按酸洗后內(nèi)外表面都露出金屬光澤的區(qū)域計(jì)算，管子的氧化率為（5.65-4.6）/4.6×100%=22.83%；從上述2組氧化率的數(shù)據(jù)，可以看出該爆管彎頭氧化嚴(yán)重。通過(guò)爆管彎頭的氧化率和運(yùn)行時(shí)間推斷，該爆管彎頭在運(yùn)行中處于長(zhǎng)時(shí)超溫狀態(tài)。

爆管彎頭材質(zhì)為12Cr1MoVG，正常金相組織為F+P（或F+P+B）。通過(guò)顯微維氏硬度試驗(yàn)和金相檢驗(yàn)，可確定爆管彎頭的顯微組織均為鐵素體加碳化物，且爆口處的顯微組織中晶界處還存在大量的蠕變孔洞。上述情況說(shuō)明爆管彎頭的強(qiáng)化相組織珠光體（或珠光體+貝氏體），在運(yùn)行過(guò)程中已經(jīng)完全球化分解，導(dǎo)致其強(qiáng)度下降。彎頭爆口位于背彎面，彎曲過(guò)程中發(fā)生拉伸減薄，在爆管彎頭中屬于薄弱部位，強(qiáng)度下降時(shí)，其最易發(fā)生爆管泄漏。通過(guò)爆管彎頭的微觀顯微組織和運(yùn)行時(shí)間，可以推斷爆管彎頭在運(yùn)行管中處于長(zhǎng)時(shí)超溫狀態(tài)，且運(yùn)行溫度接近相變溫度（即AC1溫度）。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)爆管彎頭進(jìn)行檢查分析，推斷該彎頭的爆管原因是彎頭在運(yùn)行過(guò)程中處于長(zhǎng)時(shí)超溫狀態(tài)，強(qiáng)化相組織珠光體（或珠光體+貝氏體）在運(yùn)行過(guò)程中完全球化分解，導(dǎo)致其強(qiáng)度下降；且彎曲過(guò)程中發(fā)生拉伸減薄，在爆管彎頭中屬于薄弱部位，強(qiáng)度下降時(shí)，其最易發(fā)生爆管泄漏。