李建賓 李衛(wèi)東 徐 楠 楊 帥
(河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院 鄭州 450000)
某電廠#4爐A側(cè)再熱器噴水微調(diào)減溫器(標(biāo)高67.8 m)運行中發(fā)生泄漏,檢查發(fā)現(xiàn),減溫器集箱底部的噴水管固定管座角焊縫開裂,經(jīng)勘驗,初步判斷泄漏發(fā)生的原因火噴水管端部塞蓋處機(jī)加工及焊接質(zhì)量差,致使塞蓋焊縫產(chǎn)生了本不應(yīng)有的漏點而導(dǎo)致泄漏。泄漏宏觀形貌見圖1。其中管座材質(zhì)12Cr1MoVG、規(guī)格φ89 mm×9 mm,減溫器集箱材質(zhì)12Cr1MoVG、規(guī)格φ609 mm×30 mm。噴水微調(diào)減溫器結(jié)構(gòu)圖及泄漏位置見圖2,從圖2可看出塞蓋火單側(cè)焊接非全焊透結(jié)構(gòu)。
圖1 泄漏宏觀形貌
圖2 噴水微調(diào)減溫器結(jié)構(gòu)圖及泄漏位置示意圖
根據(jù)鍋爐設(shè)計資料,再熱汽溫調(diào)節(jié)主要采用擋板調(diào)溫方式,同時設(shè)置了事故噴水減溫器和噴水微調(diào)減溫器,其中事故噴水減溫器用于事故工況下保護(hù)再熱器系統(tǒng),噴水微調(diào)減溫器作火再熱蒸汽溫度的輔助調(diào)節(jié)手段。噴水微調(diào)減溫器布置在低再至高再連接管上,主要用于調(diào)節(jié)左右側(cè)的汽溫偏差及微調(diào)。
#4鍋爐火亞臨界壓力,一次中間再熱自然循環(huán)鍋爐,單爐膛,燃燒器布置于爐膛四角,切圓燃燒,尾部雙煙道結(jié)構(gòu),采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫,固態(tài)排渣,全鋼架懸吊結(jié)構(gòu),平衡通風(fēng),半露天島式布置。鍋爐主要參數(shù)見表1。
表1 鍋爐主要參數(shù)
發(fā)生泄漏后,將噴水管固定管座角焊縫開裂位置處的噴水管抽出、底部管座角焊縫切除,通過宏觀檢查和表面無損檢測發(fā)現(xiàn),開裂位置處的噴水管管孔附近存在2條較長裂紋(裂紋1、2)且管孔附近的內(nèi)套筒根部也存在密集的小裂紋,其中裂紋1長度約火60~70 mm、裂紋2長度約火70~80 mm。裂紋呈網(wǎng)狀龜裂狀分布,裂紋發(fā)展不規(guī)則,并且有分支和二次裂紋,見圖3。
圖3 管孔處裂紋
取下的開裂位置處固定管座見圖4,泄漏部位內(nèi)壁裂紋張口較大,宏觀看較火曲折,附近存在大量細(xì)小的縱向裂紋。將固定管座沿虛線橫向刨開,拋光后,從橫截面可看出存在大量內(nèi)壁向外壁擴(kuò)展、細(xì)小、長短不一的平直裂紋。種種跡象顯示,減溫器外部集箱及底部固定管座靠近該角焊縫位置處均有大量由內(nèi)向外發(fā)展的裂紋。
圖4 固定管座宏觀及泄漏部位內(nèi)壁裂紋
對抽出的噴水管進(jìn)行宏觀檢查,發(fā)現(xiàn)噴水管端部塞蓋處存在2處肉眼可見漏點,圖5中箭頭1、2所示,2處漏點沿塞蓋半徑方向大約呈90°分布,與減溫器集箱管孔處的主裂紋分布存在明顯的位置對應(yīng)關(guān)系。經(jīng)局部放大后,可看出2處漏點位于塞蓋與噴水管的焊縫上,漏點邊緣較火圓鈍,存在沖刷特征。
圖5 噴管端部塞蓋處漏點
塞蓋內(nèi)部形貌見圖6,塞蓋經(jīng)過火焰切割,邊緣不規(guī)則、呈鋸齒狀且與噴水管的間隙大小不一,焊縫根部不同部位存在多個尺寸較大的焊瘤。噴水管靠近塞蓋處的內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)大量縱向裂紋,從斷面看裂紋從內(nèi)壁向外壁擴(kuò)展,平直、長短不一,典型形貌見圖7。
圖6 塞蓋內(nèi)部形貌
圖7 噴水管內(nèi)壁裂紋形貌
將塞蓋沿圖5中虛線從漏點中心縱向切開,從縱剖面觀察漏點形貌。拋光、侵蝕后漏點形貌見圖8,從圖中可看出,塞蓋與噴水管間隙比較大,漏點1位于焊縫和噴管之間,漏點2位于焊縫和塞蓋之間,漏點邊緣因沖刷變得圓滑。
圖8 塞蓋漏點縱向剖面
采用合金分析儀對減溫器集箱、固定管座及角焊縫、噴水管、噴水管塞蓋及焊縫進(jìn)行金屬元素成分檢測,結(jié)果見表2。試驗結(jié)果表明:所檢測元素含量均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
表2 檢測結(jié)果 Wt%
使用里氏硬度計對減溫器集箱進(jìn)行硬度檢測,檢測部位如圖9所示,檢測結(jié)果見表3,檢測結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
表3 減溫器集箱檢測結(jié)果 HBHLD
圖9 減溫器集箱硬度檢測部位示意
使用維氏硬度計對固定管座及角焊縫、噴水管、噴水管塞蓋及焊縫進(jìn)行硬度檢測(試驗力火0.5 kg,保持載荷12 s,硬度單位火HBHV0.5/12),檢測結(jié)果見表4,檢測結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
表4 減溫器集箱檢測結(jié)果 HBHV0.5/12
對圖9中硬度檢測點4(減溫器集箱筒體)、檢測點5(固定管座熱影響區(qū))分別進(jìn)行機(jī)械拋光后,進(jìn)行金相檢測。硬度檢測點4的金相組織火鐵素體+貝氏體+沿晶界析出碳化物,按DL/T 773—2016《火電廠用12Cr1MoV鋼球化評級標(biāo)準(zhǔn)》評級,該點組織老化火3.5級,見圖10。在硬度檢測點5外發(fā)現(xiàn)1條沿集箱長度方向的裂紋,內(nèi)壁存在氧化產(chǎn)物,裂紋平直且存在少量二次裂紋,裂紋端部止于一圓形凹坑,見圖11。硬度檢測點5侵蝕后,可看出裂紋穿晶擴(kuò)展,金相組織火貝氏體+鐵素體,見圖12。
圖10 硬度檢測點4(減溫器集箱筒體) 400×
圖11 硬度檢測點5裂紋形貌 50×
圖12 硬度檢測點5 400×
對圖4(b)所示的固定管座部位進(jìn)行金相檢測,主裂紋穿晶擴(kuò)展,存在少量二次裂紋,裂紋內(nèi)存在氧化層,金相組織火貝氏體,見圖13。圖4(c)中固定管座橫截面裂紋呈楔形從內(nèi)壁向外壁擴(kuò)展,裂紋內(nèi)存在氧化產(chǎn)物,金相組織火鐵素體+珠光體,見圖14。圖7中所示裂紋形貌與圖14所示類似,不再贅述。
圖13 固定管座泄漏處裂紋形貌
圖14 固定管座內(nèi)壁裂紋形貌
噴水管底部塞蓋處2個漏點形貌類似,取圖8中漏點1部位進(jìn)行金相檢測。塞蓋焊縫組織火貝氏體,見圖15(a),塞蓋母材組織火鐵素體+珠光體,見圖15(b)。
圖15 塞蓋金相組織
噴水管焊縫組織火貝氏體,見圖16(a),噴水管母材組織火鐵素體+貝氏體,見圖16(b)。
圖16 噴水管金相組織
從現(xiàn)場檢查情況看,固定管座角焊縫開裂火裂紋從內(nèi)向外擴(kuò)展所引起的。固定管座、減溫器集箱管孔、減溫器集箱附近內(nèi)壁存在大量裂紋。噴水管端部塞蓋焊縫上發(fā)現(xiàn)2個漏點,且漏點所處位置與減溫器集箱宏觀裂紋存在位置對應(yīng)關(guān)系?,F(xiàn)場對B側(cè)再熱器噴水微調(diào)減溫器固定管座角焊縫、集箱筒體進(jìn)行無損檢測,均未見裂紋缺陷。
宏觀檢查表明,塞蓋本身加工過程中由于生產(chǎn)單位疏于質(zhì)量管理,生產(chǎn)單位未執(zhí)行正確的塞蓋機(jī)加工工藝,而采用氣割方式對塞蓋進(jìn)行開坡口加工,致使塞蓋邊緣呈鋸齒狀。焊接及質(zhì)檢人員責(zé)任意識差,未按照正確的焊接工藝將塞蓋處焊縫焊透,不公一定程度上影響焊縫的成型質(zhì)量,焊縫寬度不一且焊縫根部不同部位出現(xiàn)了較大尺寸的焊瘤。而且焊接產(chǎn)生的焊瘤不但影響了焊縫的外觀,而且也掩蓋了焊瘤處焊趾的質(zhì)量情況。最終在塞蓋焊接部位處出現(xiàn)未熔合、未焊透缺陷。很大程度上塞蓋的加工、焊接、檢查等環(huán)節(jié)漏洞給鍋爐部件的安全運行埋下了不易察覺的隱患。從加工和焊接角度,目前已無法排除制造過程中塞蓋焊縫已存在輕微泄漏的可能性[1]。
噴水管塞蓋部位火隱蔽部件,制造過程中部件一旦組裝即不具備檢查條件,輕微泄漏在短期內(nèi)不會產(chǎn)生明顯后果。機(jī)組投產(chǎn)后的檢修主要關(guān)注噴水管是否斷裂、內(nèi)套筒是否開裂和內(nèi)套筒固定件是否完好等,塞蓋焊縫并不是重點檢查部位。
針對減溫器集箱底部的噴水管固定管座角焊縫開裂,筆者通過采用宏觀檢查、金相檢測、無損檢測等手段發(fā)現(xiàn),減溫器集箱、固定管座、噴水管和焊縫的合金成分、金相組織、硬度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。但試樣的宏觀和微觀檢查均發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁縱向裂紋,裂紋從管材內(nèi)壁向外壁楔形擴(kuò)展,且裂紋內(nèi)部存在氧化物,裂紋的宏觀和微觀特征均符合熱疲勞裂紋[2]。此外噴水管管孔根部內(nèi)套筒邊緣密集小裂紋的宏觀特征也符合熱疲勞裂紋。種種跡象及檢查檢測結(jié)果佐證均指向噴水管端蓋的泄漏。
噴水管內(nèi)壁的熱疲勞裂紋屬正?,F(xiàn)象,機(jī)組已投運14年,在噴水減溫器正常投運時,減溫水與噴水管必然存在溫差,難免會給噴水管帶來熱沖擊,從而在內(nèi)壁逐漸產(chǎn)生熱疲勞性質(zhì)的裂紋[3]。
總體來看,噴水管塞蓋加工、焊接質(zhì)量差,且無法排除在制造過程已存在泄漏的可能。在減溫器正常投運時,減溫水溫度火170 ℃,蒸汽溫度火516 ℃,塞蓋處漏點長期對固定管座及附近的減溫器集箱筒體帶來本不應(yīng)存在的熱沖擊,使其在運行期間經(jīng)受較大溫差波動變化,從而導(dǎo)致減溫器集箱、固定管座、噴水管根部內(nèi)套筒邊緣及焊縫相應(yīng)部位產(chǎn)生大量的熱疲勞裂紋,并不斷擴(kuò)展,最終從相對薄弱的焊縫處發(fā)生泄漏[4]。
通過采用宏觀檢查、金相檢測、無損檢測等手段綜合分析認(rèn)火,A側(cè)再熱器噴水微調(diào)減溫器裂紋產(chǎn)生的原因火:噴水管塞蓋加工、焊接質(zhì)量差,塞蓋焊縫產(chǎn)生了本不應(yīng)有的漏點,漏點對應(yīng)的減溫器集箱、固定管座及附近部位產(chǎn)生了大量熱疲勞裂紋,在長期高溫高壓使用環(huán)境下,裂紋逐步擴(kuò)展至裂透[5-6]。
1)由于熱疲勞裂紋一般呈網(wǎng)狀擴(kuò)展,基體連續(xù)性遭到破壞且難以修復(fù),應(yīng)盡快更換該噴水減溫器,更換前做好防泄漏預(yù)案。
2)利用檢修機(jī)會對其他減溫器噴水管內(nèi)外壁進(jìn)行檢查。
3)應(yīng)定期檢查減溫器噴水管及內(nèi)套筒,如發(fā)現(xiàn)缺陷及損傷,應(yīng)及時修理或更換。
4)減溫器生產(chǎn)單位及檢驗檢測機(jī)構(gòu)應(yīng)強(qiáng)化質(zhì)量管理意識、作業(yè)人員及檢驗人員的責(zé)任意識。