高壓鍋爐用無縫鋼管線性缺陷與危害分析

賴赟 紅海灣發(fā)電有限公司設(shè)備部,廣東省汕尾市

高壓鍋爐用無縫鋼管線性缺陷與危害分析

賴赟 紅海灣發(fā)電有限公司設(shè)備部,廣東省汕尾市

汕尾電廠在建4號鍋爐水冷壁集箱短管內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)疑似裂紋的線性缺陷。通過對樣管進行化學(xué)成分分析、內(nèi)壁顯微觀察、制管工藝分析確定了線性缺陷的成因：該線性缺陷為鋼管軋制過程中產(chǎn)生的原始缺陷，屬非裂紋性缺陷。而對樣管進行壓扁試驗表明：該線性缺陷會隨管子的壓扁而擴展，從而推斷在運行時缺口部位應(yīng)力會較為集中，可能會造成管子提前失效爆管的后果。

短管;裂紋；線性缺陷；原始缺陷；擴展

crack; linear defects; original defects; expand

冷壁與上部的垂直水冷壁組成，工質(zhì)經(jīng)螺旋水冷壁與垂直水冷壁后匯入水冷壁出口上集箱。

2010年1月22日，參建單位經(jīng)RT、內(nèi)窺等方式檢查發(fā)現(xiàn)：安裝中的4號爐水冷壁前墻右側(cè)上集箱63N145有9根引出短管內(nèi)壁存在疑似裂紋的缺陷。集箱筒身規(guī)格：Ф190.7× 47，材質(zhì)SA-335P12；管接頭規(guī)格：Ф31.8×8.5，材質(zhì)15CrMoG。

1 缺陷成因與性質(zhì)

（1）將其中一節(jié)缺陷短管割下剖開，目視發(fā)現(xiàn)管子內(nèi)壁中部存在長約25m m和12m m左右的兩條疑似裂紋（圖1）。

圖1 缺陷形態(tài)

對管子進行材質(zhì)分析結(jié)果如下：

表1 化學(xué)成分（%）

可見管樣的化學(xué)成分符合GB5310-1995標(biāo)準(zhǔn)中15CrMoG材質(zhì)的要求，有害元素亦符合廠家標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）再割取兩段完好的缺陷管樣（編號為A、B）進行宏觀觀察，兩段管樣外壁狀態(tài)正常（圖2）。

表2 有害元素（%）

圖2 管樣宏觀照片

汕尾電廠在建4號鍋爐為東方鍋爐廠設(shè)計制造的超超臨界壓力直流爐，型號：DG2000/26.15－Ⅱ2，一次再熱、單爐膛、尾部雙煙道、前后墻對沖燃燒、平衡通風(fēng)。爐膛四周為全焊式膜式水冷壁，由下部的螺旋水

（3）分別取金相環(huán)對上面兩根管樣進行內(nèi)表面顯微觀察，觀察結(jié)果表明：A管樣內(nèi)壁存在兩類缺陷。一類為圓鈍寬大的溝槽狀線性缺陷，缺陷的深度為0.85mm（圖3）；缺陷附近的顯微組織中存在形變織構(gòu)形態(tài)，且缺陷與內(nèi)壁織構(gòu)形態(tài)存在對應(yīng)關(guān)系，為原始缺陷。另一類為細小的線性缺陷（圖4）；除了圓鈍寬大溝槽狀線性缺陷旁的1條細小線性缺陷深為0.5mm 外，其他細小線性缺陷的深度均小于0.2mm，其中部分缺陷與內(nèi)壁織構(gòu)形態(tài)存在對應(yīng)關(guān)系，為原始缺陷（圖5 ）。

圖3 A管樣內(nèi)壁圓鈍寬大溝槽狀線性缺陷形貌(腐蝕后)

圖4 A管樣內(nèi)壁細小線性缺陷形貌之一(未腐蝕)

圖5 A管樣內(nèi)壁細小線性缺陷形貌之二(腐蝕后)

B管樣內(nèi)壁存在兩類缺陷：一類為圓鈍寬大的溝槽狀線性缺陷，缺陷的深度為0. 95m m（圖6）；缺陷附近的顯微組織中存在形變織構(gòu)形態(tài)，且缺陷與內(nèi)壁織構(gòu)形態(tài)存在對應(yīng)關(guān)系，為原始缺陷。另一類為細小的線性缺陷（圖7），細小線性缺陷的深度均小于0.2mm；其中部分缺陷與內(nèi)壁織構(gòu)形態(tài)存在對應(yīng)關(guān)系，為原始缺陷。

圖6 B管樣內(nèi)壁圓鈍寬大溝槽狀線性缺陷形貌(腐蝕后)

圖7 B管樣內(nèi)壁細小線性缺陷形貌之二(腐蝕后)

（4）從制管工藝上分析：管徑小于76mm的高強度合金無縫鋼管采用冷拔擠壓法制造。即先將管坯或鋼錠加熱，用穿孔機穿孔制成空心厚壁管；冷加工時將厚壁管通過拔管模具拉拔，使無縫鋼管逐漸延伸成為將近壁厚的荒管；最后在精軋機上軋制成所要求的成品管。鋼管熱穿孔過程中，倘若頂頭存在缺陷可導(dǎo)致內(nèi)壁形成細小溝槽，這些溝槽在拉拔過程中合并，會形成沿管子厚度方向的細小溝槽狀缺陷。而現(xiàn)場檢查情況：管子端部有線性缺陷的，則管子內(nèi)壁也有此種缺陷；管子端部沒有線性缺陷的，管子內(nèi)壁無發(fā)現(xiàn)此缺陷。該管子為東方鍋爐廠向國內(nèi)某鋼管廠采購，鋼管廠查證確認是有一批可能問題管子流向東鍋。可見實際情況與我們的假設(shè)相符。

綜上可以判定：該線性缺陷為鋼管軋制生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的原始缺陷，屬非裂紋性缺陷。造成這種缺陷具有偶然性，因此只有少量管子具有這種缺陷，并非大面積存在。

2 缺陷危害評估

分別在A、B兩段管樣上取壓扁試樣，試樣長度為43mm。按照GB5310-2008和GB/T246-2007進行壓扁試驗，壓至兩板距離為25mm 左右時，兩管樣內(nèi)表面沿圓鈍寬大溝槽狀線性缺陷處明顯開裂（圖8中6點鐘方向）。在兩個試樣開裂位置旁邊（約7點鐘方向）均出現(xiàn)一條長度5mm左右的裂紋，見圖9、圖10。圖11為B管樣壓扁試驗后內(nèi)壁圓鈍寬大溝槽狀線性缺陷形貌，壓扁實驗前形貌見圖6。可見壓扁試驗后圓鈍寬大的溝槽狀線性缺陷有所擴開，但缺陷并未延伸到母材，細小的線性缺陷沿管子母材的徑向略微有些擴展，見圖12。

圖8 壓扁后試樣照片

圖9 A管樣壓扁后內(nèi)壁形貌(壓扁樣解剖后)

圖10 B管樣壓扁后內(nèi)壁形貌

圖11 B管樣內(nèi)壁圓鈍寬大溝槽狀線性缺陷(壓扁試驗后)

圖12 B管樣壓扁前內(nèi)壁細小缺陷形貌(腐蝕后)

雖然管子的實際運行情況我們無法模擬，但通過壓扁試驗可以判斷：線性缺陷缺口的存在會導(dǎo)致應(yīng)力集中，在機組今后運行中將會擴展，進而引起爆管。該缺陷雖不是裂紋，但缺口性質(zhì)等同于裂紋，對于超超臨界機組惡劣工況的管子來說，此缺陷是不可容許的。

3 處理與建議

（1）對4號爐所有已拍片的安裝焊口底片進行100%復(fù)查。

（2）對集箱管接頭進行100%的RT檢查，對管屏管子端部進行100%RT與內(nèi)窺檢查。

（3）從源頭查找問題管子使用情況，對可能使用問題管子的集箱和管屏部位進行切割和解剖檢查。

（4）檢查出有缺陷的管子全部更換處理，但要區(qū)分線性缺陷和正常直道劃痕。參照GB5310-2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》中6.13條：“鋼管內(nèi)外表面上直道允許的深度應(yīng)符合如下規(guī)定：冷拔鋼管不大于壁厚的4%，且最大為0.2毫米”，管內(nèi)所有的直道深度在0. 2m m以下的，可視為正常直道劃痕。

[1]金煒忠.超超臨界鍋爐用優(yōu)化內(nèi)螺紋冷拔無縫鋼管的生產(chǎn)[J].鋼管.Dec.2009，Vol.38，No.6

[2]王宏.鍋爐鋼管壓扁試驗研究[J].鍋爐制造. 2006,1(17)

The Linear defects in Seamless steel tube of High pressure boiler and Hazard analysis

Lai yun
Red Bay Power Generation CO Ltd, Shanwei 516623, Guangdong Province, PRC

The inner wall of the pipe beside water-cooled box appeared crack which is suspected while ShanWei Power Plant in the construction of the 4th boiler. Sample tube by chemical analysis, microscopic observation of the inner wall, pipe process analysis to determine the causes of the linear defects: The linear defect is generated in the process of rolling steel which is original defects, non-crack defects. The flattening of the sample tube experiments show that: the linear defects would be expanded with the flattening of the tube, which concluded that the gap would be more concentration of the press in the run-time, and that may cause the pipe failed in advance ,and finally to blow up.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.062