300MW機組鍋爐屏式過熱器爆管原因分析

楊占君 苗 興 袁 芳

（國家電網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院 蘭州 730050）

300MW機組鍋爐屏式過熱器爆管原因分析

楊占君 苗 興 袁 芳

（國家電網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院 蘭州 730050）

某電廠300MW機組鍋爐在投產(chǎn)運行僅僅13260小時便發(fā)生了屏式過熱器爆管事故，經(jīng)初步分析該不銹鋼管彎管是由于固溶化處理不當，在殘余應力、熱應力及氯離子等共同作用下，在奧氏體晶界薄弱處產(chǎn)生晶間腐蝕微裂紋，繼而不斷發(fā)展并最終造成爆管事故的發(fā)生。建議加強原材料驗收檢驗及規(guī)范鍋爐運行操作規(guī)程，以最大限度減少此類事故的發(fā)生。

鍋爐； 屏式過熱器； 爆管； 奧氏體； 應力； 腐蝕

1 設(shè)備狀況與事故概述

自上世紀90年代以來，許多200MW及以上大型發(fā)電機組鍋爐高溫過熱器廣泛采用了工作溫度可達600～650℃的TP347奧氏體耐熱不銹鋼管，其具有良好的耐晶間腐蝕和耐晶間應力腐蝕性能，提高了鍋爐高溫受熱面管的使用溫度[1]。

某電廠2號機組鍋爐系由武漢鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的型號為WGZ1130/17.5-1型亞臨界中間一次再熱自然循環(huán)汽包爐，該爐采用平衡通風以及四角切圓燃燒方式，設(shè)計燃料為煙煤，過熱器出口設(shè)計壓力為17.5MPa，再熱器設(shè)計壓力為3.64MPa ，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為1130t/h。2011年1月29日，該機組正式投入商業(yè)運營。該爐屏式過熱器管規(guī)格為φ54×8mm，材質(zhì)為TP347。截止爆管時間為止，該爐共累計運行了13260h。

2013年10月17日電廠工作人員白班接班后對2號機組加負荷，8時50分負荷加至300MW，主給水流量930t/h，主汽流量935t/h，凝結(jié)水流量830t/h，全面檢查機組運行正常。10時00分發(fā)現(xiàn)凝結(jié)器補水調(diào)閥開度逐漸開大至77%，主給水流量945t/h，主汽流量956t/h，凝結(jié)水流量859t/h，凝儲水箱補水開度也較大(67%)。對照前幾日300MW負荷運行工況，主給水流量900t/h，主汽流量840t/h，凝結(jié)水流量816t/h，凝結(jié)器補水調(diào)閥開度平均40%左右，凝儲水箱補水約25%。除鹽水流量較大（67t/h)，較前幾日增加10～20t左右。

根據(jù)上述情況，立即加派人員進行機側(cè)、爐側(cè)疏放水系統(tǒng)全面排查，未發(fā)現(xiàn)異常。15時15分檢查發(fā)現(xiàn)爐側(cè)#54短吹附近聲音異常。經(jīng)鍋爐專業(yè)技術(shù)人員確認，初步判斷受熱面漏泄，申調(diào)同意，采取降負荷降壓運行。19時18分倒廠用，19時48分給水切旁路，并入電泵，停B汽泵。20時34分2號機負荷降至15MW，汽機打閘，2號機與系統(tǒng)解列。

10月18日8時00分，2號爐開始放水冷卻降溫,20日檢修人員進入爐膛搭設(shè)輔助平臺和組合升降平臺。21日11時45分檢修人員進入爐膛內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)2號爐后屏過熱器從A側(cè)向B側(cè)數(shù)第8小屏最外層一根過熱器管爆破，爆口位于彎管處，爆口為長條形，長約10cm，吹損鄰近一根直管，未發(fā)現(xiàn)有泄漏焊口，檢查區(qū)域管排，未發(fā)現(xiàn)明顯磨損、煙氣沖刷和腐蝕現(xiàn)象。10月22日12時10分2號機組搶修完畢恢復冷備用。

查閱相關(guān)電廠運行記錄，未發(fā)現(xiàn)運行期間有超溫運行情況。

2 檢驗

2.1 宏觀檢查

對該爆管進行宏觀檢查發(fā)現(xiàn)該爆管爆口位于外弧面?zhèn)认蚣s45°位置，長度約為130mm，爆口最寬處為13mm。爆口附近內(nèi)外壁氧化皮均比較薄，經(jīng)測量內(nèi)壁氧化皮厚度約為0.2mm，外壁氧化皮厚度約為0.4mm。爆口邊緣為表面較粗糙的鈍邊，爆口周圍無明顯減薄變形，未見明顯的沖刷及機械損傷痕跡（見圖1)。

圖1 爆管宏觀形貌

2.2 厚度及管徑檢測

對該爆管自爆口邊緣開始對直管段分別選取距離起弧點200mm、100mm、50mm、0mm的A、B、C、D四個點（見圖1）進行了壁厚與管徑測量。

圖2 管徑測量和壁厚測量位置圖

管徑測量和壁厚測量均符合相關(guān)標準要求，未見異常，具體測量結(jié)果見表1。

表1 管徑測量與壁厚測量結(jié)果

2.3 化學成分分析

對該管取樣進行了化學成分分析，對照相關(guān)標準[2]，其化學成分符合該標準的相關(guān)規(guī)定（具體檢測結(jié)果見表2)。

表2 化學成分分析

2.4 力學性能檢測

對該管取樣進行了力學性能檢測，對照相關(guān)標準[2]，其力學性能符合該標準的相關(guān)規(guī)定（具體檢測結(jié)果見表3）。

表3 力學性能試驗

2.5 金相組織檢驗

對該管爆口中部及爆口尖端各取一個樣進行了金相組織檢驗，檢驗發(fā)現(xiàn)爆口邊緣處金相組織為奧氏體，管內(nèi)壁部位沿奧氏體晶界存在大量沿晶裂紋，主裂紋內(nèi)部存在較多黑色氧化物（見圖3)，管外壁金相組織為奧氏體，奧氏體晶界處存在較多碳化物顆粒（見圖4)。尖端處金相組織為奧氏體，奧氏體晶界處存在較多的碳化物顆粒（見圖5)。

圖3 爆口中部管內(nèi)壁金相組織

圖4 爆口中部管外壁金相組織

圖5 爆口尖端金相組織

3 分析與結(jié)論

綜合上述分析，初步推斷此次爆管原因是奧氏體應力腐蝕造成的脆性開裂。

奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕通常是因拉應力和與腐蝕性介質(zhì)接觸而造成的。由于彎管在加工過程中本身存在一定量的殘余應力，而彎管在彎制后都具有一定的橢圓度。彎管的殘余應力、運行過程中熱應力以及在內(nèi)壓作用下彎管橢圓的復圓，都會造成管子內(nèi)壁出現(xiàn)較大的拉應力。奧氏體不銹鋼中碳元素可與鉻元素形成碳化鉻。鉻的碳化物在晶界析出，會造成晶界處急劇貧鉻化，使晶界抗腐蝕能力下降。此彎管在既往的制造、運輸、貯存、安裝及運行過程中，有可能接觸到含有氯離子的介質(zhì)。在應力及氯離子等腐蝕性物質(zhì)作用下，在奧氏體晶界薄弱處產(chǎn)生晶間腐蝕微裂紋，隨著時間推移，眾多晶界上的微裂紋不斷擴展合并成更大的裂紋，最終導致該管剩余壁厚無法滿足實際工況要求造成爆管事故的發(fā)生。

4 建議

針對此次事故的發(fā)生，建議電廠今后加強對此類奧氏體不銹鋼管的監(jiān)督和檢查，在機組檢修時對其他管子抽取試樣進行金相組織檢驗，以判斷此類問題是否具有普遍性，以便進一步采取措施處理。在運行過程中應嚴格依照運行規(guī)程操作，避免鍋爐啟停時升降溫速度過快和超溫運行，嚴格控制汽水品質(zhì)，鍋爐停爐期間做好停爐保養(yǎng)工作，避免積水對奧氏體不銹鋼受熱面管道造成腐蝕。

1 李長毅.電站鍋爐用TP347H不銹鋼無縫鋼管的開發(fā)[J].冶金標準化與質(zhì)量,2006,44(5):42-45

2 GB5310-2008,高壓鍋爐用無縫鋼管[S]

Pipe Explosion Reason Analysis of 300MW unit Boiler Superheater

Yang Zhanjun Miao Xing Yuan Fang
(Gansu province electric power company National Grid Electric Power Research Institute Lanzhou 730050)

A tube burst accident of superheater is happened on a 300MW unit boiler of a power plant, which was only 13260 hours in operation. The reason of this accident is the combined action of the residual stress, thermal stress and chloride ion, which leads to intergranular corrosion of micro cracks in the weak point of the austenite grain boundary because of the improper solid solution treatment. The micro cracks will increase and cause Pipe burst accident finally. To minimize such kind of accident, the suggestion of strengthening the raw material acceptance test and specification of boiler operation rules is given.

Boiler； Screen type superheater； Tube burst； Austenite； Stress； Corrosion

X928.3

B

：1673－257X(2014)05－41－03

楊占君，男，漢族，（1974.08-），高級工程師，從事承壓類特種設(shè)備管理。

2014－01－06）