超臨界電站鍋爐高溫再熱器爆管原因分析

周 偉，徐傳標(biāo)

（中廣核檢測技術(shù)有限公司，江蘇蘇州 215000）

1 基本情況

某電廠1 號鍋爐由東方鍋爐生產(chǎn)，型號為DG-1900/25.4-II2。在運行過程中，高溫再熱器第37-7（左起第37 屏后起第7根，縮寫為37-7，以下類同）管子距頂棚約5 m 處發(fā)生泄漏，并造成第38-5 管子吹損減薄，38-6 管子吹損穿孔泄漏。該爐高溫再熱器出口蒸汽壓力4.60 MPa，蒸汽溫度569 ℃，管子材質(zhì)為TP347H，規(guī)格為Ф50.8×4.5 mm。為查明爆管的原因，對37-7 和38-6 管子取樣進行分析。

2 理化檢驗

2.1 宏觀檢查

圖1 爆口形貌

圖2 分層缺陷形貌

37-7 管子爆口的宏觀形貌如圖1 所示，整個爆口由兩條裂縫組成，裂縫總長66.2 mm，最寬約2.24 mm，張口極小，邊緣粗糙不平，無減薄，無塑性變形。爆口附近未見可見蠕變裂紋，無明顯吹損減薄痕跡，內(nèi)壁有黑色的氧化皮，存在一定程度的脹粗，爆口處實測最大管徑為Ф53.72 mm，脹粗率為5.8%，距爆口550 mm 處，實測最大管徑Ф52.84 mm，脹粗率為4.0%。而38-6 管子距爆口100 mm 處，脹粗率為1.6%。切開爆口處，可見管壁中存在分層缺陷[1]，如圖2 所示。經(jīng)測量該分層缺陷沿縱向延伸長約145 mm，寬12 mm，與爆口走向重合。

2.2 化學(xué)成分分析

在37-7 和38-6 管子鉆屑取樣進行分析，結(jié)果見表1。化學(xué)成分分析結(jié)果表明，取樣管子符合TP347H 的要求，管子材料滿足要求。

2.3 室溫拉伸試驗

在37-7 和38-6 管子距爆口100 mm 處，同側(cè)和背側(cè)分別取樣進行室溫拉伸試驗。測試結(jié)果見表2，可見抗拉強度、下屈服強度和斷后伸長率均符合TP347H 的要求，但37-7 管子的抗拉強度和下屈服強度明顯低于38-6 管子，而兩者斷后伸長率無明顯差異。

2.4 金相檢驗

對37-7 和38-6 管子取樣進行金相檢驗分析，測點編號和分析位置如圖3 所示，金相檢驗分析結(jié)果見表3。

3 分析與討論

爆口的宏觀特征表明，該管子存在分層缺陷，而距爆口550 mm 處管子存在輕微脹粗，雖脹粗量未達(dá)到更換的標(biāo)準(zhǔn)，但說明該管子經(jīng)歷低幅度的過熱。

表1 化學(xué)成分分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

表2 拉伸試驗測試結(jié)果

圖3 金相檢驗取樣

圖4 點1 金相組織

圖5 點2 金相組織（含分層）

圖6 點3 金相組織

圖7 點4 金相組織

化學(xué)成分分析結(jié)果排除材料錯用導(dǎo)致的過熱，但37-7 管子和38-6 管子相比，抗拉強度、屈服強度明顯下降，可以驗證37-7 管子存在低幅度過熱。

距爆口70 mm 分層缺陷內(nèi)部發(fā)現(xiàn)有內(nèi)壁氧化層，因形成氧化層需要水和鐵相互反應(yīng)，說明該分層缺陷與內(nèi)壁相通，故該分層缺陷部分區(qū)域符合折疊的定義[1]。與爆口背側(cè)管子相比，爆口處存在碳化物析出，還有大量蠕變裂紋，老化級別為5 級，內(nèi)壁氧化層厚度達(dá)到0.32 mm，根據(jù)參考文獻[3]，在時間一定的情況下，內(nèi)壁氧化層的厚度與溫度成正比，據(jù)此判斷分層缺陷改變管子局部的溫度場，也改變局部應(yīng)力場。在高溫和高應(yīng)力的情況下，分層折疊缺陷處的材料蠕變老化速度大大快于管子其他部位[4]。

表3 金相分析結(jié)果

圖8 點5 金相組織

圖9 點6 金相組織

綜上所述，管子存在分層折疊缺陷是泄漏的根本原因，但也有過熱的特征，還需進一步尋找過熱的原因。為尋找過熱的原因，對該管子內(nèi)壁進行內(nèi)窺鏡檢查，未發(fā)現(xiàn)有氧化皮脫落，可排除管子內(nèi)壁氧化皮脫落堆積彎頭，從而降低通流面積，導(dǎo)致長時間過熱，但存在聯(lián)箱入口接管堵塞的可能。為此，建議電廠嘗試先割管對再熱器入口聯(lián)箱進行內(nèi)窺鏡檢查，檢查發(fā)現(xiàn)再熱器事故噴水減溫器套管圓柱銷脫落，堵塞爆管入口聯(lián)箱接管，造成過熱。

4 結(jié)論及建議

該爆管事故發(fā)生的根本原因是由于TP347H 管子存在軋制的分層折疊缺陷，該缺陷降低受力承載面積，增大了局部應(yīng)力。再加上再熱器事故噴水減溫器套管圓柱銷脫堵塞了爆管入口聯(lián)箱接管，降低管子有效通流面積，導(dǎo)致汽水循環(huán)不良，使管子長時過熱。在高溫和高應(yīng)力的作用下，加速分層折疊缺陷處材料的老化程度，惡化材料的力學(xué)性能，在折疊處形成萌生蠕變裂紋。隨著時間的延長，裂紋不斷地擴展，最終導(dǎo)致管壁裂穿而泄漏。

為避免此次事故的再次發(fā)生，提出如下建議：

（1）對其他事故噴水減溫器套管圓柱銷脫落情況進行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)圓柱銷脫落情況發(fā)生，立即利用內(nèi)窺鏡檢查技術(shù)，尋找可能堵塞的部位。

（2）重點監(jiān)測高溫再熱器管子的脹粗情況，對存在脹粗的管子需尋找引起管子脹粗的原因，必要時割管檢查。

（3）采購合格廠家生產(chǎn)的無縫鋼管，做好入庫前的質(zhì)量檢查和驗收，必要時抽樣進行無損檢測。