350 MW電站鍋爐高溫再熱器失效分析

鞏振泉 ，王博磊， 昃 剛，高冬軍

(1.河北冀研能源科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，河北 石家莊 050000；2.河北建投任丘熱電有限責(zé)任公司，河北 滄州 061000)

0 概 述

某廠一臺350 MW電站鍋爐，型號為W火焰carolina型350 MW鍋爐，亞臨界壓力，一次中間再熱，自然循環(huán)，雙拱型單爐膛，尾部雙煙道，平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣，全鋼結(jié)構(gòu)，全懸吊結(jié)構(gòu)，露天布置。過熱蒸汽出口壓力為182.0 kg/cm2，出口溫度540 ℃；再熱蒸汽入口壓力30.8 kg/cm2，再熱蒸汽入口溫度301 ℃，再熱蒸汽出口壓力29.4 kg/cm2，再熱蒸汽出口溫度539 ℃，高溫再熱器出口屏共117排，每排6根管。1990年12月5日投產(chǎn)運(yùn)行。

2006年A修時(shí)，將高溫再熱器出口屏全部更換新管，材質(zhì)由12Cr1MoVG替換為SA213-T91，規(guī)格為Φ44.5×4.5 mm。T91 鋼是美國研制的 9Cr1Mo 鋼， 被美國ASTM列為鍋爐用鋼SA213-T91。 主要用于電站鍋爐過熱器、 再熱器管。 其主要特點(diǎn)是高溫持久性能、 蠕變性能優(yōu)異，沖擊韌性好，用于金屬壁溫≤625 ℃的高溫過熱器和金屬壁溫≤650 ℃的高溫再熱器管排及超臨界鍋爐高溫集箱和主蒸汽管道； 具有良好的冷加工性能和傳熱性能[1]。 T91鋼靠合金化原理，尤其是添加了少量鈮、釩等微量元素，高溫強(qiáng)度、抗氧化性較12 Cr1MoV鋼有較大的提高。

2019年A級檢修后并網(wǎng)3天，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)鍋爐泄漏檢測裝置第17測點(diǎn)能量值高，停爐后檢查發(fā)現(xiàn)高溫再熱器出口屏左數(shù)第20排，前數(shù)第1、2根管泄漏。

1 試驗(yàn)分析

1.1 宏觀檢測

經(jīng)宏觀檢測分析，確定高溫再熱器出口屏左數(shù)第20排前數(shù)第2根管上的漏點(diǎn)為第一漏點(diǎn)，前數(shù)第1根管的泄漏是由于前數(shù)第2根管泄漏后吹損導(dǎo)致。如圖1、2所示，第一漏點(diǎn)呈圓孔狀，漏點(diǎn)附近管子沒有鼓包、脹粗、變形，漏點(diǎn)外壁邊緣沒有被吹損痕跡，表面有麻坑，與其他吹損減薄漏點(diǎn)有明顯區(qū)別，漏點(diǎn)內(nèi)壁邊緣氧化皮有脫落。

圖1 第1漏點(diǎn)外壁宏觀照片

圖2 第1漏點(diǎn)內(nèi)壁宏觀照片

1.2 微觀檢測

采用體視顯微鏡觀察漏點(diǎn)外壁邊緣，如圖3所示，發(fā)現(xiàn)表面存在電焊燒蝕痕跡(如圖3中標(biāo)記區(qū)域)，說明該漏點(diǎn)圓坑不是在泄漏后由蒸汽吹掃造成，而是泄漏前已經(jīng)有一個(gè)圓坑，并且泄漏后沒有被蒸汽吹損。

1.3 電鏡及能譜分析

使用S-3700N掃描電鏡對第1漏點(diǎn)邊緣進(jìn)行掃描電鏡分析，通過觀察發(fā)現(xiàn)，漏點(diǎn)邊緣有較多針孔和弧坑裂紋，表面波紋類似金屬融化形態(tài)(如圖4中橢圓區(qū)域內(nèi))，如圖4、5所示。

圖3 第1漏點(diǎn)邊緣體視顯微鏡照片

圖4 第1漏點(diǎn)邊緣電鏡照片

圖5 第1漏點(diǎn)邊緣弧坑裂紋電鏡照片

使用EDAX能譜儀對坑底表面進(jìn)行能譜分析，如圖6所示，坑底除T91基體元素外，還有較多O、Si、Ca、Mn等元素。而檢修過程中現(xiàn)場焊接作業(yè)種使用的焊條藥皮成分中含有O、Si、Ca、Mn等元素，說明在該部位泄漏前存在電焊燒蝕情況。

Element Wt % At % C K00.0300.07 O K25.4750.65 AlK03.6304.28 SiK07.2108.16 MoL01.5000.50 CaK00.6500.52 TiK00.7500.50 V K00.8900.55 CrK14.8109.06 MnK04.0602.35 FeK41.0023.35

1.4 化學(xué)成分分析

使用3460直讀光譜儀對泄漏管段的非漏點(diǎn)部位進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果見表1，化學(xué)成分符合ASME-SA213標(biāo)準(zhǔn)對T91的要求。說明管子沒有存在錯(cuò)用和成分不合格的問題。

表1 化學(xué)成分(%)

1.5 金相組織分析

使用OLYMPUS-GX71金相顯微鏡對爆口邊緣管子橫截面進(jìn)行微觀金相分析，采用鹽酸氯化鐵水溶液為侵蝕劑，腐蝕后觀察管子橫截面，發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)邊緣兩側(cè)均存在粗大馬氏體的焊接組織，并且有熱影響區(qū)。淬火加熱溫度過高或者淬火加熱保溫時(shí)間太長會產(chǎn)生粗大馬氏體組織，由于該區(qū)域沒有焊縫，因此不存在熱處理保溫時(shí)間過長的情況，而且管子外壁存在一個(gè)燒蝕的圓坑，漏點(diǎn)邊緣內(nèi)壁氧化皮的脫落證明該漏點(diǎn)受到焊接高溫影響，從而使該區(qū)域產(chǎn)生粗大馬氏體組織[2]，造成該區(qū)域塑性下降。其他位置均為正常的回火馬氏體，未見異常，如圖7、8、9。

圖7 爆口邊緣焊縫組織金相照片

圖8 爆口邊緣熱影響區(qū)金相照片

圖9 管子母材金相組織

1.6 力學(xué)性能檢驗(yàn)

使用CMT5205電子萬能試驗(yàn)機(jī)對第1漏點(diǎn)所在的管子進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2，試驗(yàn)結(jié)果符合ASME-SA213標(biāo)準(zhǔn)對T91的要求。

表2 力學(xué)性能結(jié)果

2 結(jié) 論

從宏觀上分析，第1漏點(diǎn)邊緣沒有吹損減薄痕跡，并且漏點(diǎn)邊緣有針孔、弧坑裂紋及電焊燒蝕痕跡，說明該漏點(diǎn)不是蒸汽吹損造成，而是電焊燒蝕形成，并且坑底能譜分析有藥皮成分。說明泄漏后蒸汽沒有吹掃到漏點(diǎn)邊緣，該圓坑是在泄漏前就已經(jīng)存在。

從金相組織分析，第1漏點(diǎn)邊緣金相組織為粗大的馬氏體，有明顯的熱影響區(qū)過渡組織，也說明該漏點(diǎn)是焊接形成。

從運(yùn)行時(shí)間分析，檢修后起爐運(yùn)行僅3天就出現(xiàn)泄漏，運(yùn)行時(shí)間較短，推測是在檢修過程中焊接時(shí)焊把傷到管子表面，在管子外壁燒蝕了一個(gè)圓坑，漏點(diǎn)邊緣內(nèi)壁氧化皮的脫落也證明該漏點(diǎn)受到焊接高溫影響。

其他位置金相組織、化學(xué)成分、力學(xué)性能均無異常。

綜上分析，高溫再熱器出口屏左數(shù)第20排前數(shù)第2根管上的漏點(diǎn)為第一漏點(diǎn)，泄漏原因是檢修過程中電焊在管子外壁上燒蝕形成一個(gè)孔洞，造成管子減薄，強(qiáng)度不足，導(dǎo)致泄漏。建議加強(qiáng)現(xiàn)場焊接質(zhì)量監(jiān)督，嚴(yán)格按照焊接工藝進(jìn)行焊接工作，防止焊接過程中對臨近其他管子造成傷害，加強(qiáng)焊接驗(yàn)收。