由原材料缺陷引起的鍋爐受熱面管泄漏事故分析

王宇真 煙臺現(xiàn)代冰輪重工有限公司

但是，近年來，隨著發(fā)電廠建設(shè)的迅速推進，設(shè)備和原材料的短缺部分導(dǎo)致一些不符合標(biāo)準(zhǔn)的原材料通過各種渠道進入電力建設(shè)項目，導(dǎo)致趨勢增加，部分原因是原材料的生產(chǎn)。受熱面管故障引起的泄漏及爆炸。

一、由鋼管原材料缺陷引起的幾起鍋爐泄漏事故案例分析

1.內(nèi)表面凹陷導(dǎo)致低溫散熱器管泄漏。如300mw燃燒裝置的低溫?fù)Q熱器管為115CrMoG熱軋鋼管，規(guī)格為Ф51×6.5mm。在鍋爐安裝后的綜合水壓試驗中，在水平直線段上檢測到泄漏10處。從外觀可以看出，裂縫基本上平行于管道中心線，靠近裂縫處的管道壁是光滑的，沒有腐蝕、薄化、機械損壞和變形。沿有嚴(yán)重泄漏的其中一個管道的中心線進行機械切割后，在管道內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)了深度約為3-4mm的溝渠。平行于管道中心線的部分長度為18mm，末端被另一金屬部分覆蓋，形成y形十字，見圖1裂紋內(nèi)壁缺陷的宏觀形態(tài)。

磁粉探傷對管道外壁檢測后，發(fā)現(xiàn)25mm裂紋長度，分叉在裂紋端部，分岔部位約2mm，對應(yīng)于內(nèi)壁y處的覆蓋金屬部位。對裂紋管樣品的整個部分進行了化學(xué)成分分析和力學(xué)性能試驗。管材的零部件內(nèi)容和機械特性指示器符合GB5310。從宏觀形貌和試驗結(jié)果來看，滲漏是由于鉆削和軋制過程中出現(xiàn)的宏觀軋制缺陷造成的。這一缺陷一方面減小了鋼管的有效力截面，提高了局部應(yīng)力水平；另一方面，缺陷的尖銳底部會引起應(yīng)力集中，形成裂縫，并在內(nèi)部壓力作用下延伸，最后穿過管壁造成泄漏。根據(jù)工廠提供的產(chǎn)品質(zhì)量證明，鋼管批次在出廠前經(jīng)過化學(xué)成分分析、機械性能、金相組織、100%UT和ET測試。試驗結(jié)果合格。100%渦流檢測出的鋼管可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB5310，因此制造商未對這些鋼管進行水壓試驗。根據(jù)有關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，泄漏管路樣品的缺陷嚴(yán)重超標(biāo)，應(yīng)在生產(chǎn)廠對鋼管進行全面檢查時發(fā)現(xiàn)。缺陷和泄漏的原因與質(zhì)量管理水平、生產(chǎn)過程控制、檢查能力和檢查人員的責(zé)任有關(guān)。鍋爐提供的產(chǎn)品質(zhì)量證明表明鋼管批次符合質(zhì)量證明和工廠檢查結(jié)果，且設(shè)計壓力為1.5倍（27.72MPa）水壓試驗，壓實時間：每排管道裝配后5分鐘，進行設(shè)計壓力（23.1MPa）1.25倍的水壓試驗，保壓后無泄漏：鍋爐整體水壓試驗，壓力上升至12MPa時，管道泄漏。這就使人們對工廠和鍋爐的檢查和試驗設(shè)施的效率和可靠性產(chǎn)生懷疑。

2.熱管軋制引起的爆炸事故。某火電廠#1鍋爐高溫整流爆管為12Cr1MoV鋼，直徑φ63.5×4mm。爆口位于高過熱器出口附近彎管的右下方段?？v向爆口沿彎頭方向測量大約550mm長，最大爆口測量大約50mm長。一層灰色黑色鐵氧體附著在外墻附近垂直爆炸段的表面，邊緣逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殇摴艿耐獗砻?，具有原熱加工表面的特征。管道?nèi)壁附近有一個2mm深的橫截面，其表面粗糙，是最終破裂區(qū)域。在管開口的兩端，管原點區(qū)域中會顯示一個狹縫，并延伸至管兩端的取樣位置，測量的總長度約為1400mm。結(jié)果表明，斷口爆炸管樣品表面粗糙，沿管徑向方向呈裂紋狀組織。斷口金屬光澤很好，沒有明顯的氧化，這意味著斷口的開裂時間相對較短。斷裂管道內(nèi)外表面氧化皮相對較薄，這意味著管道長時間不過熱。斷口附近內(nèi)壁氧化皮部分脫落，表明斷口附近的金屬發(fā)生了一定的塑性變形。對橫截面的觀察表明，在軋制過程中產(chǎn)生了一個縱向折縫，深度約為5mm，管道相應(yīng)部分的內(nèi)壁呈凸?fàn)?，高度約為4mm。宏觀分析表明，高溫爆裂的主要原因是該管內(nèi)存有缺陷。較深的折縫會大大減少管線的承載截面。折縫非常窄，相當(dāng)于管道上類似的縱向裂縫。在支承環(huán)方向約束作用下，裂紋末端存在明顯的應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋末端裂紋擴展迅速，導(dǎo)致高溫再熱器管短時間內(nèi)裂紋?？v向破裂后，由于大量蒸汽從開口流出，造成巨大的彎曲和剪切壓力，管子沿圓周斷裂。

3.加熱爐爐管缺乏雜質(zhì)引起的預(yù)熱爆管事故。發(fā)電廠#1鍋爐高溫?fù)Q熱器管投產(chǎn)30000小時后，高溫?fù)Q熱器管規(guī)范為φ51×8mm，材料為12Cr2MoWVTiB。爆管位于過熱器第二圈73排出口的彎頭部分。從爆炸管的宏觀形態(tài)來看，內(nèi)壁和外壁氧化皮比較薄，破裂孔表面粗糙，與最大主應(yīng)力方向成45度角，壁厚減小區(qū)集中在爆炸孔兩側(cè)的一個小區(qū)域內(nèi)，并且總之，高溫?fù)Q熱器管殼破裂的原因是管壁厚度不均勻，沿管長分布存在夾雜缺陷的致密區(qū)域，從而減小了管局部支承截面，增大了應(yīng)力幅值，導(dǎo)致材料塑性變形。

二、問題的思考與討論

1.鋼管生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)提高制造技術(shù)水平，采用先進的設(shè)備和生產(chǎn)工藝，改進檢查檢測能力和質(zhì)量控制體系，提高檢查員的責(zé)任，確保各種缺陷的快速檢測，避免出現(xiàn)缺陷管道出廠；

2.鍋爐制造企業(yè)應(yīng)按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制材料的入廠檢驗和水壓試驗，以暴露和消除制造過程中原材料質(zhì)量缺陷，防止在制造過程中使用有質(zhì)量問題的鋼管；

3.技術(shù)監(jiān)督部門和特種裝備檢查機構(gòu)應(yīng)履行監(jiān)督職能，有效監(jiān)督生產(chǎn)、制造和安裝過程中的一些重要節(jié)點，如水壓試驗，及時發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)備質(zhì)量缺陷；

4.設(shè)備安裝使用加強設(shè)備的驗收質(zhì)量。積極探索新的檢測方法，擴大設(shè)備試驗范圍，確保及時有效地檢測和處理設(shè)備制造缺陷，盡量減少設(shè)備制造缺陷造成的生產(chǎn)事故和經(jīng)濟損失。

本文結(jié)合電廠鍋爐運行特點和鍋爐結(jié)構(gòu)特點，對原料缺陷引起的熱面管泄漏原因進行了分析。從實際運行來看效果良好，保證鍋爐安全穩(wěn)定運行。