省煤器管爆裂原因及應(yīng)對(duì)策略

黎子鋒

（廣州恒運(yùn)企業(yè)集團(tuán)股份有限公司，廣東廣州 530730）

1 簡(jiǎn)介

廣州恒運(yùn)電廠現(xiàn)有2 臺(tái)東方鍋爐廠制造的超高壓、中間再熱、全懸吊、平衡通風(fēng)、自然循環(huán)、固態(tài)排渣鍋爐。省煤器為尾部豎井雙側(cè)布置，其受熱面分別布置在（二級(jí)）低溫過(guò)熱器和低溫再熱器之后下部煙道內(nèi)。省煤器管排采用順列，逆流布置，兩圈并繞，豎井煙道兩側(cè)裝有16 臺(tái)長(zhǎng)伸縮式、4 臺(tái)長(zhǎng)槍式蒸汽吹灰器，使鍋爐運(yùn)行過(guò)程中保持受熱面清潔。鍋爐運(yùn)行10 幾年來(lái)情況良好，但在2016年運(yùn)行過(guò)程中省煤器管出現(xiàn)爆管現(xiàn)象，嚴(yán)重影響鍋爐正常運(yùn)行，為了解省煤器管爆裂泄漏原因，對(duì)爆裂省煤器管進(jìn)行分析，以進(jìn)一步采取預(yù)防改進(jìn)措施，避免同類事件發(fā)生，保障鍋爐安全運(yùn)行。

2 鍋爐參數(shù)（表1）

表1 鍋爐參數(shù)

3 理化檢驗(yàn)

3.1 宏觀觀察

省煤器管爆裂口的宏觀形貌如圖1，爆口緊鄰省煤器管鰭片角焊縫焊趾，爆口長(zhǎng)約30 mm，最大開口約6 mm。沿最大爆口部位A-A 截面切割爆口部位，可見管內(nèi)壁光滑，未見明顯腐蝕痕跡，母材側(cè)爆口減薄嚴(yán)重，剩余壁厚約0.8 mm，爆裂口前沿有45°剪切唇，呈撕裂狀，具有明顯塑性開裂特征，見圖1b。沿B-B 截面切割爆口裂紋尖端前沿，可見毗鄰爆口位置的管材外表面圓弧已被削至平面狀，壁厚減薄嚴(yán)重（剩余壁厚約1 mm），見圖1c。

3.2 化學(xué)成分分析

對(duì)爆裂省煤器管③位置取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果表明省煤器管的化學(xué)成分符合20G 規(guī)定（表2）。

3.3 拉伸試驗(yàn)

在省煤器管爆口兩側(cè)分別取樣進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)，見圖2。結(jié)果表明省煤器管的抗拉強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度以及斷后伸長(zhǎng)率等均符合20G 規(guī)定（表3）。

3.4 硬度測(cè)試

圖1 省煤器管爆口宏觀形貌

表2 省煤器管化學(xué)成分分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

對(duì)省煤器管最大爆口部位A-A 橫截面進(jìn)行硬度測(cè)試，測(cè)試位置見圖3，每個(gè)測(cè)點(diǎn)間隔＞1 mm，結(jié)果表明爆裂省煤器管硬度測(cè)試結(jié)果基本符合有關(guān)規(guī)定（毗鄰爆口前沿位置的硬度稍高，可認(rèn)為是形變硬化造成的）（表3）。

3.5 金相檢驗(yàn)

為了解省煤器爆口處顯微組織變化情況，對(duì)省煤器管最大爆口部位A-A 橫截面進(jìn)行金相檢驗(yàn)。結(jié)果顯示該橫截面的顯微組織均為鐵素體+珠光體，珠光體片層結(jié)構(gòu)清晰可辨，爆口前沿可見纖維狀組織（圖4）。

3.6 掃描電鏡形貌分析

對(duì)裂口①、②位置進(jìn)行形貌觀察，結(jié)果顯示爆口表面有明顯的沖刷痕跡，見圖5a，且沖刷方向收斂于鰭片上方，見圖5b。

4 剩余壁厚強(qiáng)度校核

按 照 GB/T 16507.4—2013《水 管鍋爐 第4 部分：受壓元件強(qiáng)度計(jì)算》對(duì)省煤器管沖刷減薄部位進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。相關(guān)參數(shù)：省煤器管外徑D0＝32 mm，校核部位減弱系數(shù)Φmin=1（直管），按省煤器計(jì)算壓力P=16.15 MPa、計(jì)算溫度tc＝296 ℃，許用應(yīng)力［σ］=114 MPa。計(jì)算結(jié)果為

圖2 省煤器管力學(xué)性能試驗(yàn)取樣

表3 省煤器管力學(xué)性能情況

省煤器管的剩余壁厚0.8 mm＜計(jì)算厚度（2.12 mm），不能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

5 原因分析

（1）省煤器管的化學(xué)成分分析、拉伸試驗(yàn)及硬度測(cè)試結(jié)果表明，材質(zhì)合格。

（2）省煤器管爆口處金相檢驗(yàn)表明，此區(qū)域的金相組織均為鐵素體+珠光體，珠光體片層狀結(jié)構(gòu)清晰可辨，材質(zhì)并未發(fā)生劣化。

圖3 硬度測(cè)試部位示意

表3 省煤器管A-A 橫截面的硬度測(cè)試結(jié)果

圖4 省煤器管爆口處顯微組織

圖5 省煤器管爆口掃描電鏡形貌

（3）爆口表面形貌觀察可知，省煤器管發(fā)生爆裂前，其表面曾受到某物質(zhì)沖刷，且沖刷方向來(lái)自于鰭片上方。

（4）剩余壁厚強(qiáng)度校核可知，管壁的剩余壁厚（0.8 mm）小于省煤器計(jì)算厚度（2.12 mm），省煤器管在內(nèi)部介質(zhì)工作壓力作用下發(fā)生爆裂。

6 結(jié)論

省煤器管爆裂是由于管壁受到外物沖刷減薄，當(dāng)剩余壁厚不能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求時(shí)，在省煤器管內(nèi)部介質(zhì)工作壓力作用下發(fā)生爆裂泄漏。為避免此類失效事件再次發(fā)生，采取以下措施：

（1）綜合考慮吹灰效果和安全2 個(gè)因素，適當(dāng)調(diào)小吹灰器角閥的噴汽角度，對(duì)于經(jīng)常出現(xiàn)吹損減薄現(xiàn)象的區(qū)域安裝防磨護(hù)板。

（2）對(duì)省煤器管束與吹灰器間距小、容易沖刷管排的區(qū)域添加堵板，禁止吹灰。

（3）考慮設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的不確定性，為避免設(shè)備運(yùn)行故障、吹灰器卡澀時(shí)致使受熱面吹損的情況發(fā)生，根據(jù)自身運(yùn)行管理特點(diǎn)，制定規(guī)范化、合理化的吹灰器運(yùn)行規(guī)范。

（4）通過(guò)上述措施，省煤器運(yùn)行2 年多來(lái)未發(fā)現(xiàn)有類次爆管現(xiàn)象。