某電廠省煤器管泄漏原因分析

李淑瑜,趙 月,常 青,張艷森

(國電鍋爐壓力容器檢驗(yàn)有限公司,北京102209)

省煤器是鍋爐的重要部件之一,其通過使高溫?zé)煔夂屠渌l(fā)生熱交換,利用即將排入空氣的煙氣余熱加熱冷水,達(dá)到“省煤”的目的。省煤器管、水冷壁管、過熱器管和再熱器管并稱鍋爐“四管”,四管泄漏經(jīng)常造成電廠非正常停機(jī)[1],其常見的泄漏原因有原始缺陷、氫腐蝕、垢下腐蝕、氧腐蝕等,關(guān)于四管泄漏原因的研究一直以來備受重視[2-6]。

某電廠1號機(jī)組省煤器管在第二次試運(yùn)行期間發(fā)生泄漏。該管材料為SA-210C 鋼,規(guī)格為φ44.5 mm×6 mm。為查明該省煤器管發(fā)生泄漏的原因,避免類似問題的再次發(fā)生,筆者對其進(jìn)行了檢驗(yàn)和分析。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀檢查

圖1 省煤器管的宏觀形貌Fig.1 Macro morphology of economizer tube：a）outer surface；b）inner surface

失效省煤器管的宏觀形貌如圖1所示,可見其泄漏位置緊鄰焊縫,為與焊縫垂直的長條狀裂縫。內(nèi)外壁氧化皮均較薄,內(nèi)壁泄漏孔周圍可觀察到一圈堆積物。

1.2 化學(xué)成分分析

采用德國貝萊克公司生產(chǎn)的便攜式直讀光譜儀對該失效省煤器管進(jìn)行化學(xué)成分分析,由表1可知其化學(xué)成分符合GB/T 5310－2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》對SA-210C鋼的技術(shù)要求。

表1 省煤器管化學(xué)成分分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab.1 Chemical composition analysis results of economizer tube（mass fraction） %

1.3 金相檢驗(yàn)

從該省煤器管上截取金相試樣并對其編號,見圖2。利用Axio Observer A1m 型蔡司倒置萬能材料顯微鏡對試樣進(jìn)行顯微組織觀察,其中對1號試樣的A 面觀察內(nèi)壁側(cè)顯微組織,對B面觀察外壁側(cè)顯微組織,結(jié)果如圖3～5所示。1號試樣A 面接近焊縫,位于熱影響區(qū),靠近內(nèi)壁處的裂紋周圍存在魏氏組織和局部脫碳現(xiàn)象;B 面裂紋雖然距離焊縫較遠(yuǎn),但仍位于熱影響區(qū),其顯微組織為鐵素體＋珠光體,裂紋周圍也存在脫碳現(xiàn)象;2號試樣顯微組織正常,為鐵素體＋珠光體。

圖2 省煤器管取樣位置Fig.2 Sampling location of economizer tube

圖3 1號試樣A面顯微組織形貌Fig.3 Microstructure morphology of surface A of sample 1：a）at low magnification；b）at high magnification

圖4 1號試樣B面顯微組織形貌Fig.4 Microstructure morphology of surface B of sample 1：a）at low magnification；b）at high magnification

1.4 掃描電鏡與能譜分析

使用蔡司EVO 18 型掃描電子顯微鏡(SEM)對1號試樣橫截面進(jìn)行觀察,并用能譜儀對泄漏孔及其周圍堆積物進(jìn)行微區(qū)成分分析。由圖6和圖7可知,該省煤器管主要含有鐵、碳和氧元素,未發(fā)現(xiàn)氯、鎂、鈣等腐蝕性元素。

2 分析與討論

由宏觀形貌分析結(jié)果可知,該省煤器管內(nèi)外表面均無明顯磨損特征,泄漏位置位于焊縫附近,內(nèi)壁泄漏孔周圍有氧化產(chǎn)物堆積。該省煤器管的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。金相檢驗(yàn)結(jié)果表明裂紋位于熱影響區(qū)且周圍存在魏氏組織和脫碳層,距焊縫較遠(yuǎn)的管材顯微組織正常。SEM 與EDS分析未發(fā)現(xiàn)腐蝕性元素。

圖5 2號試樣顯微組織形貌Fig.5 Microstructure morphology of sample 2

圖6 1號試樣泄漏孔SEM 形貌及能譜圖Fig.6 a）SEM morphology and b）EDS spectrum of leak hole of sample 1

圖7 1號試樣泄漏孔周圍堆積物的SEM 形貌及能譜圖Fig.7 a）SEM morphology and b）EDS spectrum of deposits around leak hole of sample 1

一般情況下,脫碳層是碳原子在高溫條件下從基體擴(kuò)散到表面,與空氣中的氧結(jié)合形成二氧化碳溢出,造成組織局部貧碳而形成的。因此判斷該省煤器管在制造過程中存在原始裂紋,原始裂紋位于管端,在焊接過程中由于過熱產(chǎn)生了魏氏組織,造成焊縫熱影響區(qū)脆性增大,裂紋容易擴(kuò)展。擴(kuò)展至內(nèi)壁的裂紋周圍在空氣和水的作用下產(chǎn)生了氧化鐵堆積物,裂紋繼續(xù)擴(kuò)展在內(nèi)壁形成孔洞,最終導(dǎo)致省煤器管泄漏。

3 結(jié)論及建議

該電廠省煤器管在制造過程中管端存在原始裂紋缺陷,在焊接過程中熱影響區(qū)形成了魏氏組織和脫碳層,使焊縫脆性增大,原始裂紋擴(kuò)展直至造成省煤器管泄漏。判斷極可能在焊接前未切管端造成制造缺陷遺留,建議加強(qiáng)廠內(nèi)制造監(jiān)管和出廠管材的無損檢測;焊接時(shí)要嚴(yán)格控制焊接條件,加強(qiáng)通風(fēng),防止魏氏組織產(chǎn)生。