一起非典型超臨界機(jī)組低溫過熱器 吊掛管爆管原因分析

原永亮

摘要：通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、宏觀檢查、微觀組織分析、合金成分分析、拉伸試驗(yàn)，分析了2070t/h超臨界鍋爐低溫過熱器吊掛管在不超溫下運(yùn)行3.85萬(wàn)小時(shí)產(chǎn)生爆管的原因。結(jié)果表明，15CrMoG低溫過熱器吊掛管發(fā)生爆管通過現(xiàn)場(chǎng)觀察系非典型案例，外觀檢查爆口附近形貌呈長(zhǎng)時(shí)過熱狀態(tài)、材質(zhì)分析合格、金相組織珠光體球化嚴(yán)重，在煙氣溫度不高的情況下產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)過熱，管道堵塞是爆管的主要原因。

Abstract： Through on-site investigation， macro inspection， microstructure analysis， alloy composition analysis， and tensile test， the causes of the tube explosion of the 2070t/h supercritical boiler low-temperature superheater hanging tube running for 38，500 hours without overtemperature were analyzed. The results show that the 15CrMoG low-temperature superheater hanging tube explosion occurred through the on-site observation is an atypical case. The appearance near the burst shows a long-term overheating state， the material analysis is qualified， the metallographic pearlite spheroidization is serious， and the long-term overheating occurs when the flue gas temperature is not high. Pipe blockage is the main reason for the explosion.

關(guān)鍵詞：低溫過熱器吊掛管;爆管;長(zhǎng)時(shí)過熱;異物堵塞

Key words： low temperature superheater hanging tube;tube explosion;long-term overheating;foreign body blockage

中圖分類號(hào)：TM621.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）10-0207-03

0? 引言

某電廠鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司根據(jù)英國(guó)MITSUI BABCOCK公司技術(shù)設(shè)計(jì)、制造的（型號(hào)為HG-2070/25.4-HM9）660MW燃煤鍋爐，鍋爐為超臨界壓力、循環(huán)泵式啟動(dòng)系統(tǒng)、前后墻對(duì)沖低NOX軸向旋流燃燒器、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架的變壓本生直流爐。鍋爐以最大連續(xù)負(fù)荷（B-MCR）工況為設(shè)計(jì)參數(shù)，最大連續(xù)蒸發(fā)量2070t/h，過熱器蒸汽出口溫度為571℃，再熱器蒸汽出口溫度為569℃，給水溫度279.3℃。鍋爐呈“П”型布置，設(shè)計(jì)有固定的膨脹中心，受熱面采用全懸吊結(jié)構(gòu)。爐膛上部布置有屏式過熱器。水平煙道中布置有末級(jí)過熱器、末級(jí)再熱器。尾部為雙煙道，前煙道布置有低溫再熱器，后煙道布置低溫過熱器和省煤器，水平低溫過熱器和水平低溫再熱器采用中間隔墻入口集箱引出管作為吊掛管。低溫過熱器吊掛管采用規(guī)格為Ф51×13.5mm的15CrMoG。

2018年03月02日12時(shí)28分，該電廠2號(hào)鍋爐爐管泄漏系統(tǒng)報(bào)警，維持運(yùn)行至03月04日停機(jī)，03月09日鍋爐冷卻后，檢查發(fā)現(xiàn)2號(hào)鍋爐低溫過熱器吊掛管發(fā)生泄漏，泄漏點(diǎn)標(biāo)高66000mm，自鍋爐左側(cè)向右數(shù)第50根吊掛管泄漏，臨排第49根、第51根吊掛管被泄漏蒸汽沖刷剪薄剩余厚度約5mm。

根據(jù)資料及現(xiàn)場(chǎng)詢問知悉，低溫過熱器吊掛管共計(jì)101根，爆口管位于管排中心，所處位置爐煙溫度約為600℃左右，而15CrMoG的使用溫度為≤560℃，極限許用溫度為600℃，一般情況下不可能產(chǎn)生超溫現(xiàn)象，初步懷疑是否材質(zhì)錯(cuò)用或者循環(huán)不良引起，下面通過實(shí)驗(yàn)逐一驗(yàn)證。

1? 試驗(yàn)方法及分析

1.1 宏觀檢查

爆口長(zhǎng)為45mm，爆口最大開口寬度為16mm，爆口破口沿管軸方向開裂，因維持運(yùn)行兩天坡口位置存在減薄，破口附近呈現(xiàn)有多條較長(zhǎng)的平行于破口管子的軸向裂紋，并延伸至距離破口兩米處。爆口附近焊口未見焊瘤等缺陷，爆口段管徑脹粗明顯，爆口具有長(zhǎng)時(shí)過熱特征，形貌見圖1。

1.2 拉伸試驗(yàn)

對(duì)爆口上部約4m處取樣，命名為試樣1，爆口下部約4m處取樣，命名為試樣2。分別對(duì)兩組試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，結(jié)果見表1，試樣1極限強(qiáng)度合格，略高于下限;試樣2極限強(qiáng)度明顯低于GB5310-2008標(biāo)準(zhǔn)的要求，已不能滿足運(yùn)行的需要。

1.3 材質(zhì)鑒定

采用手持式直讀光譜儀（NITON xl3t 980）經(jīng)多次測(cè)量后求平均值，分析管樣的合金成分，結(jié)果符合15CrMo鋼的要求。分析結(jié)果見表2。

1.4 金相分析

采用專用切割設(shè)備對(duì)爆口位置管樣進(jìn)行采樣作業(yè)，使用4%硝酸酒精對(duì)樣品進(jìn)行腐蝕處理，在顯微鏡下觀察到爆口附近背火側(cè)金相組織為鐵素體+碳化物，球化級(jí)別為3.5-4級(jí);向火面金相組織為鐵素體+碳化物，珠光體球化級(jí)別為4-5級(jí)。爆口管附近珠光體已達(dá)到完全球化。見圖2、圖3。

試樣1向火面金相組織為鐵素體+珠光體+碳化物，球化級(jí)別為2-3級(jí)。見圖4。

試樣2向火面金相組織為鐵素體+珠光體+碳化物，球化級(jí)別為3.5-4級(jí)。見圖5。

金相組織分析表明，爆管位置及試樣2位置過熱器管子球化嚴(yán)重，管材已老化。

2? 失效原因分析

觀察發(fā)現(xiàn)，除爆口管外，其他低溫過熱器吊掛管顏色正常不存在明顯氧化皮、軸向裂紋，爆口位置與取樣位置見圖6。

拉伸試驗(yàn)表明試樣1即爆口上方抗拉強(qiáng)度及斷后延伸率皆符合GB5310-2008標(biāo)準(zhǔn)，向火面金相組織為鐵素體+珠光體+碳化物，球化級(jí)別為2-3級(jí);試樣2抗拉強(qiáng)度明顯低于GB5310-2008標(biāo)準(zhǔn)要求值，向火面金相組織為鐵素體+珠光體+碳化物，球化級(jí)別為3.5-4級(jí);爆口附近背火側(cè)金相組織為鐵素體+碳化物，球化級(jí)別為3.5-4級(jí);向火面金相組織為鐵素體+碳化物，珠光體球化級(jí)別為4-5級(jí)，爆口管已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重的球化，已達(dá)到完全球化。

由此可以斷定該管段因介質(zhì)循環(huán)不良經(jīng)長(zhǎng)時(shí)過熱造成金相組織逐漸球化，管材的拉伸值不斷下降，當(dāng)極限強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)的要求，金相組織發(fā)生嚴(yán)重的球化時(shí)，材料嚴(yán)重老化，慢慢地在各處產(chǎn)生晶界裂紋，晶界裂紋的繼續(xù)積聚并擴(kuò)大就成為宏觀軸向裂紋，最后不足以承受運(yùn)行時(shí)所受的應(yīng)力而導(dǎo)致爆管。

3? 處理措施

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及分析結(jié)論，電廠對(duì)該管進(jìn)行擴(kuò)大檢驗(yàn)，從該管段水平段及穿過省煤器下管口進(jìn)行切口檢查是否存在堵塞問題（即圖6所示切口位置1及切口位置2），并對(duì)整根管樣進(jìn)行更換處理，在切割過程中發(fā)現(xiàn)切口位置1管口處存在大量阻塞物，見圖7。堵塞長(zhǎng)度近300mm，接近完全堵死，對(duì)堵塞物進(jìn)行材質(zhì)分析，成分近似于15CrMoG，懷疑為氣割殘留物，對(duì)附近吊掛管進(jìn)行擴(kuò)大檢查，未發(fā)現(xiàn)其他問題，至此該起少見的超臨界機(jī)組低溫過熱器吊掛管長(zhǎng)期過熱問題得已解決。

4? 結(jié)論

根據(jù)對(duì)爆口及取樣位置的實(shí)驗(yàn)分析，爆口附近區(qū)域外觀軸向裂紋明顯、外表面存在大量氧化皮，金相組織珠光體球化嚴(yán)重，極限強(qiáng)度明顯低于GB5310-2008標(biāo)準(zhǔn)要求，符合長(zhǎng)時(shí)過熱特征，因此引起爆管的主要原因?yàn)楫愇镒枞斐傻拈L(zhǎng)時(shí)過熱。

5? 建議

①建議采用內(nèi)窺鏡、X射線探傷等方法對(duì)爆口附近吊掛管進(jìn)行擴(kuò)大檢查，確認(rèn)是否存在異物堵塞;

②建議下次檢修對(duì)爆口管及附近管道進(jìn)行復(fù)檢;

③加強(qiáng)對(duì)割管、換管作業(yè)的監(jiān)督管理，規(guī)范操作流程，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

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