某亞臨界鍋爐水冷壁泄漏失效分析

楊權(quán)

（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

某亞臨界鍋爐水冷壁泄漏失效分析

楊權(quán)

（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

通過宏觀形貌觀察、化學(xué)成分分析、力學(xué)性能分析、顯微組織分析等方法，結(jié)合鍋爐的實際運行情況，確定此次水冷壁管發(fā)生泄漏是管子對接焊縫上存在焊接缺陷造成的。焊接缺陷導(dǎo)致對接焊縫與MPM焊縫交叉處發(fā)生泄漏，高壓蒸汽沖刷兩側(cè)管子導(dǎo)致MPM焊縫兩側(cè)的管子發(fā)生大面積泄漏。

水冷壁；泄漏；失效分析

1 水冷壁管泄漏

某300 MW亞臨界燃煤電站鍋爐，開始運行時間為2011年4月14日，在鍋爐30 d可靠性運行期間底部灰斗處鍋爐水冷壁管（標(biāo)高8000 mm，管子材質(zhì)SA-210C，管子規(guī)格φ63.5 mm×7 mm）發(fā)生泄漏。樣管宏觀形貌見圖1。經(jīng)觀察，從現(xiàn)場樣管上共發(fā)現(xiàn)5個漏點，5個漏點位置均在管排一側(cè)。5個漏點的分布情況分別為：管段A與管段B之間的環(huán)向焊縫與MPM焊縫交叉處有一個漏點，標(biāo)識為漏點1，見圖2；管段B上有一個漏點，標(biāo)識為漏點2，見圖2；管段C上有三個漏點，分別標(biāo)識為漏點3、漏點4和漏點5，見圖3。另外從圖1也可以看出有補焊痕跡。

圖1 發(fā)生泄漏樣管的整體形貌

圖2 漏點1和漏點2宏觀形貌

宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，漏點2至漏點5的形狀均近似圓形，漏點附近有明顯沖刷的痕跡，并且沖刷的方向是由外向內(nèi)（相對管子而言）。剖開管段B后發(fā)現(xiàn)漏點1正好位于管段A和管段B管子對接環(huán)向焊縫上，并且焊縫成形質(zhì)量不好，漏點1為明顯的焊接缺陷導(dǎo)致的漏點。漏點1的方向正對著管段C上漏點3至漏點5。

通過宏觀形貌觀察，對漏點1及其內(nèi)部的宏觀形貌進行放大，如圖4和圖5所示。

圖3 漏點3至漏點5宏觀形貌

圖4 漏點1放大形貌

圖5 漏點1內(nèi)部放大形貌

本文主要通過化學(xué)成分分析、力學(xué)性能分析、顯微組織分析等方法，結(jié)合鍋爐的實際運行情況，確定管子發(fā)生泄漏的原因。

2 樣管理化性能分析

2.1 化學(xué)成分分析

采用SPECTRO M8型直讀光譜儀，對管段A、管段B和管段C分別進行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果如表1所示。由表1可知，管段A、管段B和管段C的磷、硫含量較低，說明其控制在較高的水平，三根管段的化學(xué)成分均符合ASMESA-210中C級的要求。

表1 樣管化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

2.2 力學(xué)性能分析

受長度限制，管段A和管段B無法取出拉伸試樣進行試驗，因此，僅對管段C進行室溫拉伸試驗，對管段A和管段B進行硬度試驗。在管段C上取縱向條形試樣，采用WAW-1000D微機控制電液伺服萬能試驗機進行試驗，分別測量抗拉強度、屈服強度和斷后伸長率。在管段A和管段B上取硬度試樣，采用TH300洛氏硬度計進行洛氏硬度試驗。拉伸試驗和硬度試驗結(jié)果見表2所示。

表2 樣管力學(xué)性能試驗結(jié)果

由表2可知，管段C的室溫抗拉強度、屈服強度和斷后伸長率,管段A和管段B的洛氏硬度均符合ASMESA-210中C級的要求。

2.3 顯微組織分析

分別在管段A未吹損部位、漏點2、管段B未吹損部位、管段C的端部和漏點3取了5個金相試樣進行金相檢驗，采用AXIOVERT200MAT金相顯微鏡進行顯微組織分析。五個試樣的金相組織如圖6～圖10所示。

從圖6～圖10可以看出，管段未吹損位置及漏點處的金相組織均為鐵素體+珠光體，屬于正常組織，晶粒度均為8級，控制得較好。

3 原因分析與討論

通過觀察樣管的外部宏觀形貌和管子內(nèi)壁宏觀形貌，共發(fā)現(xiàn)5個漏點，其中漏點2至漏點5均是從外壁向內(nèi)壁減薄，且漏點以光滑圓弧向表面過渡，是典型的外部沖刷導(dǎo)致的漏點；從圖4和圖5中漏點1處內(nèi)外部放大后的形貌可以看出，漏點1內(nèi)外部均未出現(xiàn)圓弧，無沖刷痕跡，是典型的焊接缺陷導(dǎo)致的漏點。

通過對母材進行理化性能分析，管段A和管段B母材的化學(xué)成分和洛氏硬度以及管段C母材的化學(xué)成分、抗拉強度、屈服強度和伸長率均滿足ASME SA-210中C級的要求。顯微組織和晶粒度均控制在較好的水平。

圖6 管段A未吹損部位

圖7 漏點2處

圖8 管段B未吹損部位

圖9 管段C端部

圖10 漏點3處

分析認(rèn)為，漏點1是導(dǎo)致漏點2至漏點5發(fā)生泄漏的主要原因。漏點1發(fā)生泄漏后，內(nèi)部高溫高壓蒸汽沖刷管段C，導(dǎo)致管段C發(fā)生泄漏，管段C泄漏后內(nèi)部的蒸汽又沖刷管段A和管段B，同時沖刷MPM焊縫，導(dǎo)致管段B發(fā)生泄漏，管段B泄漏后又反過來沖刷管段C和MPM焊縫。MPM焊縫經(jīng)過5個漏點反復(fù)沖刷，最終形成了坑狀形貌。

4 結(jié)語

此次泄漏是由于管子對接焊縫上存在焊接缺陷，導(dǎo)致對接焊縫與MPM焊縫交叉處發(fā)生泄漏，沖刷兩側(cè)管子導(dǎo)致MPM焊縫兩側(cè)的管子發(fā)生大面積泄漏。

（編輯 黃 荻）

X933.2

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1002-2333（2015）08-0222-02

楊權(quán)（1981—），男，工程師，從事鍋爐、壓力容器、核電材料的應(yīng)用研究工作。

2015-06-24