某電廠T91過熱器管爆管原因分析

李紅，曹芳娣

(1.南京順風—派尼爾空氣和氣體凈化設備有限公司，江蘇南京211178；2.南京五洲制冷集團有限公司，江蘇南京211000)

0 引言

某電廠3號爐為660MW機組國產超臨界燃煤鍋爐，系超臨界參數、強制循環、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固態排渣、半露天布置、全鋼構架的∏型直流爐。2009年9月初投產，2010年12月發現末級過熱器泄漏并停爐，累計運行時間約10 000h。爆管部位末級過熱器管材質為SA213-T91，規格為D38.1×7.5mm。

1 宏觀分析和取樣

爆口位于3號爐末級過熱器右數第32排前數第13根，爆口中心距下彎頭約300mm。對爆管進行宏觀觀察，爆口處管徑有明顯脹粗，爆口較大，呈喇叭狀，脹粗部位直徑約55mm，爆口部位管壁減薄成薄刃狀，管內外壁均可見樹皮紋，如圖1所示。從爆口的宏觀分析來看，末級過熱器爆管具有超溫過熱爆漏的特征。

圖1 爆管外觀

過熱爆口有材質因素和環境因素，包括材質不良、煙側超溫、汽側阻塞等。為了對材料進行組織對比和性能檢測，在末級過熱器右數第32排前數第13根爆口位置、緊鄰爆口位置及下彎頭對側分別取3個金相試樣，同時在圖2中所示焊縫兩側約10mm處各取1個金相試樣。在爆口附近取常溫拉伸試樣。另外，在末過右數第32排前數第12根距下彎頭約300mm處取1個金相試樣和常溫拉伸試樣。爆口位置和取樣位置如圖2所示。

圖2 爆管漏點及取樣位置

2 化學成分分析

對爆管進行質量分數分析，分析結果見表1，其質量分數符合ASME標準中SA213-T91鋼的成分要求。說明沒有用錯材質，也不存在成分不合格的現象。

表1 質量分數分析結果

圖5 緊鄰爆口位置(金相2)金相組織

3 金相檢驗

對上述爆管從爆口中間處取樣(圖2中“金相1”)進行金相分析，金相組織為回火馬氏體，碳化物析出聚集，金相組織嚴重老化，氧化皮最厚為170 μm，爆口尖端組織被拉長，爆口對側組織如圖3，爆口尖端組織如圖4和圖5。

圖3 爆口(金相1)對側金相組織

圖4 爆口(金相1)尖端金相組織

對緊鄰爆口位置(圖2中的“金相2”)及下彎頭對側(圖2中的“金相3”)進行金相檢驗，金相組織為回火馬氏體，碳化物析出聚集，金相組織嚴重老化，同爆口處金相組織相似。組織照片分別如圖5和圖6所示。

圖6 爆管彎頭對側(金相3)金相組織

對爆口所在管(末過右數第32排前數第13根)彎頭上焊口上側約10mm處(圖2中“金相4”)及焊口上約100mm處(圖2中“金相6”)進行金相檢驗，焊口上側組織為回火馬氏體，晶粒粗大，輕度老化，金相照片如圖7。圖8所示。對焊口下側約10mm處(圖2中“金相5”)組織為回火馬氏體，嚴重老化，同爆口處金相組織相同。金相照片如圖9所示。

圖7 爆管焊縫上側(金相4)金相組織

圖8 爆管焊縫上側(金相6)金相組織

圖9 爆管焊縫下側(金相5)金相組織

在末過右數第32排前數第12根距下彎頭約300mm處取樣進行金相檢驗，結果顯示其金相組織為回火馬氏體，晶粒粗大，輕度老化，內壁氧化皮厚度約90 μm，金相組織如圖10所示。

由金相分析可知，爆口所處彎頭全部金相組織不正常，這種組織是處于正火嚴重不足或是回火嚴重超溫的組織，冷卻時速度又較慢造成的。這樣的組織持久性能低，在運行過程中極容易造成早期泄漏。對比發生爆口的下彎頭組織，焊口以上組織為正常的金相組織。由此可見，該爆管是彎頭熱處理不良造成的。

圖10 末過右數第32排前數第12根金相組織

4 常溫拉伸試驗

對發生泄漏的末過右數第32排前數第13根焊縫下側直管段及其相鄰直管段分別取樣進行了常溫拉伸實驗，實驗結果顯示發生泄漏的末過右數第32排前數第13根抗拉強度值低于ASME標準對T91的要求，末過右數第32排前數第12根檢驗結果符合ASME標準對T91的要求。

表2 力學性能試驗結果

5 結語

根據宏觀分析可見管材存在過熱現象，化學分析知管材成分合格，金相組織發現彎頭存在異常的金相組織，與彎頭相連接的直管段組織正常，彎頭力學性能不符合標準要求。說明發生爆管的彎頭存在初始熱處理不合格的現象，是由于焊后熱處理過程中，正火溫度不足，或是回火溫度超標造成的。建議對同批彎頭進行檢查和更換，加強新換管的監督檢驗。

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