電站鍋爐主蒸汽母管的定期檢驗(yàn)與分析

曲炎淼 王霄鑫 李明

摘 要：本文對(duì)使用12Cr1MoVG鋼管的電站鍋爐主蒸汽母管進(jìn)行定期檢驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該管道經(jīng)過11萬h的運(yùn)行，管道的壁厚、無損檢測和材料化學(xué)成分都未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，但管道材質(zhì)發(fā)生了劣化，表現(xiàn)為硬度降低，部分管段顯微組織球化較嚴(yán)重。

關(guān)鍵詞：電站鍋爐;主蒸汽管道;12Cr1MoVG

中圖分類號(hào)：TB559文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）22-0032-03

Abstract： In this paper， the main steam pipe of utility boiler with 12Cr1MoVG steel pipe was inspected regularly. The results showed that no obvious defects were found in the wall thickness， nondestructive testing and material chemical composition of the pipeline after 110 000 h operation， but the pipeline material deteriorated， showing that the hardness was reduced， and the microstructure of some pipe sections was seriously spheroidized.

Keywords： power plant boiler;main steam pipe;12Cr1MoVG

1 研究背景

目前，國內(nèi)電站鍋爐正朝著大參數(shù)、大容量的方向發(fā)展，但是，參數(shù)較小的企業(yè)自備電廠的鍋爐由于生產(chǎn)需要仍將繼續(xù)運(yùn)行。這些鍋爐多存在運(yùn)行時(shí)間長、日常管理不到位等問題。一些電廠出于生產(chǎn)和成本的考慮，使用母管制鍋爐，但由于相關(guān)法規(guī)的歷史原因，導(dǎo)致以往的電站鍋爐定期檢驗(yàn)中，蒸汽母管不在電站鍋爐定期檢驗(yàn)范圍內(nèi)，或者按照工業(yè)管道進(jìn)行檢驗(yàn)。此外，由于生產(chǎn)運(yùn)行的原因，蒸汽母管一直處于高溫運(yùn)行狀態(tài)，即使部分停爐，蒸汽母管仍存在高溫的情況。因以上情況的存在，有的電站鍋爐蒸汽母管從安裝至今都未進(jìn)行過一次全面的檢驗(yàn)，存在著重大安全隱患。湖北當(dāng)陽電站鍋爐母管爆炸事故后，國家市場監(jiān)管總局發(fā)布了《關(guān)于開展電站鍋爐范圍內(nèi)管道隱患專項(xiàng)排查整治的通知》，監(jiān)管部門對(duì)蒸汽母管的檢驗(yàn)非常重視。

2 檢驗(yàn)方法

現(xiàn)以某氧化鋁廠自備電站鍋爐的檢驗(yàn)為例，探討電站鍋爐主蒸汽母管的定期檢驗(yàn)。該廠共有9臺(tái)電站鍋爐，其中6臺(tái)型號(hào)為NG-130/9.8-M2，2臺(tái)型號(hào)為CG-260/9.81-MX1，1臺(tái)型號(hào)為UG-150/9.8-M5，額定工作壓力均為9.8 MPa。共有4臺(tái)發(fā)電機(jī)組，運(yùn)行形式為熱電聯(lián)產(chǎn)。這9臺(tái)鍋爐均連接在一條主蒸汽母管上，再通過蒸汽母管分配到4臺(tái)發(fā)電機(jī)組及數(shù)條動(dòng)力管道上。由于各臺(tái)鍋爐安裝時(shí)間不同，母管也是分期、分段安裝，安裝時(shí)間從2007年至2012年。各管段的材質(zhì)均為12Cr1MoVG，規(guī)格為Φ273 mm×25 mm、Φ325 mm×28 mm，共計(jì)260 m，各管段運(yùn)行時(shí)間不等，運(yùn)行最長的管段達(dá)11萬h。在該段母管的定期檢驗(yàn)中，針對(duì)該段母管的特殊情況，采用了現(xiàn)場力所能及的檢驗(yàn)手段，制定了以下檢驗(yàn)方案。

2.1 資料審查

對(duì)該管道整個(gè)運(yùn)行周期中的安裝、改造、維修資料進(jìn)行審查，重點(diǎn)檢查安裝單位資質(zhì)、設(shè)計(jì)圖紙、管道材質(zhì)、無損檢測報(bào)告、水壓試驗(yàn)等相關(guān)資料。審查發(fā)現(xiàn)以下問題：該母管管道材質(zhì)證明不全，未按照《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》（DL/T 438—2009）[1]進(jìn)行有效的金屬技術(shù)監(jiān)督，未進(jìn)行過定期檢驗(yàn)等。

2.2 宏觀檢查

拆除管道保溫后，對(duì)管道進(jìn)行了宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)管道有均勻的高溫氧化腐蝕現(xiàn)象，未見嚴(yán)重的機(jī)械損傷、變形，部分支管與彎頭焊口有較嚴(yán)重的錯(cuò)邊。抽查了安全閥管座角焊縫以及排水、疏水、支管等管座角焊縫表面，未發(fā)現(xiàn)裂紋或其他超標(biāo)缺陷。

2.3 壁厚測定

對(duì)所有管道焊縫兩側(cè)、彎頭背弧面的壁厚進(jìn)行測定。使用SIUI CTS-30A測厚儀，檢測精度為±0.1 mm。檢查發(fā)現(xiàn)Φ273 mm×25 mm管段最小壁厚為22.7 mm，Φ325 mm×28 mm管段最小壁厚為26.7 mm，均高于最小需要壁厚，符合設(shè)計(jì)要求。這表明該母管在長期運(yùn)行過程中未發(fā)生明顯的腐蝕，管材減薄量可控。

2.4 無損檢測

對(duì)所有直管、彎頭、三通的焊縫進(jìn)行100%超聲和磁粉檢測。超聲檢測采用漢威HS610e數(shù)字式超聲波探傷儀，按照標(biāo)準(zhǔn)《承壓設(shè)備無損檢測 第三部分：超聲檢測》（NB/T 47013.3—2015）[2]，采用CSK-IA、CSK-IIA-1標(biāo)準(zhǔn)試塊，以及2.5P13×13K2.0探頭，檢測方法為直接接觸/單面雙測，評(píng)定靈敏度Φ2×40-18dB，磁粉檢測采用ZCM-XYDA1702-UV型便攜式磁軛探傷儀，使用非熒光黑磁膏，磁化時(shí)間為1～3 s。

無損檢測未發(fā)現(xiàn)可記錄超標(biāo)缺陷。筆者認(rèn)為，對(duì)于安全運(yùn)行多年的蒸汽管道，其檢驗(yàn)重點(diǎn)應(yīng)為管道材質(zhì)的劣化，如蠕變、球化、高溫腐蝕等。

2.5 硬度測定

采用TH160里氏硬度計(jì)對(duì)蒸汽母管的母材和焊縫進(jìn)行硬度測定，發(fā)現(xiàn)多處管段母材的硬度值均低于130 HB，最低處為102 HB，已經(jīng)低于《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》（DL/T 438—2009）中對(duì)12Cr1MoV鋼的推薦值135～179 HB[1]。

在電站鍋爐的長期運(yùn)行中，由于高溫高壓的作用，主蒸汽管道的材質(zhì)會(huì)有劣化傾向，導(dǎo)致管道母材的硬度異常。研究表明，隨著12Cr1MoV鋼球化等級(jí)增加，材料的強(qiáng)度會(huì)有不同程度的降低。對(duì)于運(yùn)行中出現(xiàn)硬度異常降低的低合金主蒸汽管道，考慮珠光體球化的可能性，需要對(duì)主蒸汽管道進(jìn)行金相檢測，以確定主蒸汽管道珠光體是否是球化[3]。

2.6 光譜檢測

采用NIRON XLt898W型便攜式直讀光譜儀對(duì)蒸汽母管的直管和管件進(jìn)行光譜檢測，該光譜儀為半定量光譜。對(duì)所有管段進(jìn)行光譜分析，結(jié)果表明，材質(zhì)均為12Cr1MoV，與安裝維修資料相符。根據(jù)李祿臣的研究，12Cr1MoV鋼經(jīng)高溫高壓長期運(yùn)行后，其化學(xué)成分不隨運(yùn)行時(shí)間的長短而變化。如果原始狀態(tài)管材的化學(xué)成分合格，在電廠實(shí)際運(yùn)行中不必考慮化學(xué)成分的變化[4]。

2.7 金相檢測

對(duì)蒸汽母管所有管段的直管、彎頭、三通、焊縫進(jìn)行了金相檢測。采用JXD-900型現(xiàn)場金相顯微鏡，對(duì)蒸汽母管進(jìn)行非破壞性金相檢測，使用《火電廠用12Cr1MoV鋼球化評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（DL/T 773—2016）對(duì)顯微組織的球化等級(jí)進(jìn)行評(píng)定[5]。

檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，管道的材質(zhì)均為12Cr1MoV，大部分管段的金相組織為鐵素體加珠光體組織，少數(shù)管段的金相組織為鐵素體加貝氏體組織，兩種組織都是推薦的金相組織，焊縫組織為貝氏體組織。對(duì)金相組織的球化程度進(jìn)行分析，鐵素體加珠光體組織管段中的球化等級(jí)為3～4.5級(jí)，球化最嚴(yán)重處的金相組織如圖1所示。從圖1可知，珠光體區(qū)域形態(tài)已幾乎消失，碳化物明顯聚集長大，部分碳化物分布在晶界及其附近，晶界上碳化物呈鏈狀分布。鐵素體加貝氏體組織的管段中的球化等級(jí)為3～3.5級(jí)，球化最嚴(yán)重處的金相組織如圖2所示，僅有少量的貝氏體區(qū)域痕跡，碳化物明顯聚集長大，大部分碳化物呈顆粒狀分布在晶界及其附近。

12Cr1MoV鋼中雖含有能阻礙或減緩球化及其聚集過程進(jìn)行的合金元素Cr、Nb、V等，是組織較穩(wěn)定的低臺(tái)金耐熱鋼，但在高溫高壓下長期運(yùn)行，經(jīng)正常熱處理的管材，其珠光體組織中片狀滲碳體也會(huì)自發(fā)地趨向形成球狀滲碳體并聚集長大。球化這種組織不穩(wěn)定的現(xiàn)象是難免的[6]。

從各管段統(tǒng)計(jì)的球化等級(jí)上可以看出，12CrMoVG中鐵素體加貝氏體組織比鐵素體加珠光體組織的抗球化能力較強(qiáng)，這種金相組織具有良好的綜合性能和較高的高溫持久強(qiáng)度[7]。

3 結(jié)論

①主蒸汽母管在宏觀上沒有明顯的缺陷和裂紋，管道外壁在長期高溫氧化下形成了致密的氧化層，高溫氧化速度較低，對(duì)管道的影響可以忽略。

②超聲波檢測和磁粉檢測都未發(fā)現(xiàn)可記錄的缺陷，這表明對(duì)長期安全運(yùn)行的蒸汽管道，其檢驗(yàn)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注管道材質(zhì)的劣化，如蠕變、球化、高溫腐蝕等。

③硬度檢測發(fā)現(xiàn)，部分管段硬度值均低于參考值，低硬度值管段與球化嚴(yán)重的管段數(shù)據(jù)存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，由此推斷這些管段在長期的高溫運(yùn)行過程中造成了強(qiáng)度損失。

④對(duì)金相分析表明，該管道使用的12Cr1MoVG鋼包含鐵素體加貝氏體和鐵素體加珠光體兩種組織的鋼管。其中，使用鐵素體加珠光體的組織的管段顯微組織球化更嚴(yán)重，球化等級(jí)最高，可到4.5級(jí)。

⑤該蒸汽母管的檢驗(yàn)結(jié)果基本符合要求，對(duì)于球化嚴(yán)重的管段應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)：

[1]國家能源局.火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程：DL/T 438—2009[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[2]國家能源局.承壓設(shè)備無損檢測 第3部分：超聲檢測：NB/T 47013.3—2015[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[3]李敏.電站鍋爐主蒸汽管道硬度檢測異常分析[J].科學(xué)與信息化，2019（30）：80-81.

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[5]國家能源局.火電廠用12Cr1MoV鋼球化等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：DL/T 773—2012[S].北京：中國電力出版社，2016.

[6]朱敏，任恒昌.12Cr1MoV鋼主蒸汽管道壽命評(píng)估[J].化工設(shè)備與管道，2002（1）：51-55.

[7]周波.12Cr1MoV鋼大直徑厚壁鍋爐鋼管的熱處理工藝優(yōu)化[J].鋼管，2001（1）：34-38.