滄電鍋爐受熱面幾種典型失效案例分析

鄭立剛+薛永波

摘 要：失效分析是科學(xué)性、技術(shù)性很強的綜合學(xué)科，鍋爐受熱面是機組安全運行的關(guān)鍵部件，對其失效部件進行科學(xué)的綜合性分析，可以有效避免后繼事故的發(fā)生，保證機組穩(wěn)定運行。本文就滄電鍋爐受熱面幾種典型失效案例進行分析，以供同類型機組參考和避免。

關(guān)鍵詞：鍋爐；受熱面；失效；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.066

1 過熱器及再熱器失效案例分析

1.1 過熱器失效案例

滄東3號鍋爐型號為SG2080/25.4 M969，由上海鍋爐廠制造，額定蒸發(fā)量2028t/h。鍋爐運行約30000h，后屏過熱器發(fā)生泄漏，位置位于爐膛內(nèi)受熱面左數(shù)第3屏前數(shù)第7根，距下彎頭約3.5mm處背火側(cè)，材質(zhì)SA213T91，規(guī)格Φ48×7mm。該管子泄漏后對同屏相鄰第8根管有吹損，割管檢查發(fā)現(xiàn)被吹損管子內(nèi)壁有一條縱向裂紋，該吹損管子材質(zhì)、規(guī)格與第7根相同。

泄漏管子外壁呈現(xiàn)吹損形貌，內(nèi)壁為線性裂紋特征，泄漏點附近管子無變形、無脹粗、表面無氧化皮，金相組織正常，機械性能良好，分析為原始環(huán)向裂紋開裂后出現(xiàn)微小泄漏，經(jīng)長周期運行造成爆破。被吹損的第8根管子無泄漏，但發(fā)現(xiàn)其內(nèi)壁存在縱向裂紋，裂紋較長，深度約占壁厚的4/5。裂紋邊緣金相組織正常，無變形，裂紋內(nèi)有氧化皮，裂紋尖端圓鈍，無擴展痕跡。

從裂紋形貌及金相組織分析，其形成于管子加工過程中，熱處理之前，分析為原始裂紋，在運行期間暫時沒有擴展跡象。第7、8根管子缺陷出現(xiàn)的位置均距焊縫100mm之內(nèi)，分析認(rèn)為管子在生產(chǎn)加工過程中需進行渦流檢驗，由于渦流探頭尺寸的限制，一般鋼管兩端100mm范圍內(nèi)的缺陷不能檢測出來，管子出廠時制造商應(yīng)將盲區(qū)切除，以保證管子沒有缺陷。如此巧合的出現(xiàn)裂紋缺陷，有理由懷疑該批T91管在進行渦流檢測后沒有對端頭進行盲區(qū)切除。

1.2 再熱器失效案例

滄東2號鍋爐檢修啟動后3天，高溫再熱器出口管屏左數(shù)第20排，前數(shù)第1、2根發(fā)生泄漏，管子材質(zhì)為SA213T91，規(guī)格Φ57×4mm。

泄漏點呈圓孔狀，附近管子沒有明顯的鼓包、脹粗、變形現(xiàn)象，外壁邊緣也沒有被吹損痕跡，泄漏點表面有弧坑，外觀形貌與吹損減薄泄漏有明顯區(qū)別，內(nèi)壁邊緣氧化皮有脫落。

采用體視顯微鏡觀察漏點邊緣，發(fā)現(xiàn)表面存在電焊燒蝕痕跡，說明該漏點圓坑泄漏前已經(jīng)形成且泄漏后沒有被蒸汽吹損。 使用S-3700N掃描電鏡對漏點邊緣進行掃描電鏡分析，通過觀察，漏點邊緣有較多針孔和弧坑裂紋，表面波紋類似金屬融化形態(tài)。使用EDAX能譜儀對坑底表面進行能譜分析，坑底除T91基體元素外，還有較多O、Si、Ca、Mn等元素，推測為電焊藥皮成分。

金相檢查發(fā)現(xiàn)漏點邊緣兩側(cè)均存在粗大馬氏體焊接組織，且伴有熱影響區(qū)，其他位置均為正常的回火馬氏體。啟動后3天即發(fā)生泄漏，從運行時間及泄漏點形貌分析，推測是檢修過程中焊接灼傷管子表面，造成壁厚減薄，強度不足，導(dǎo)致泄漏。

2 水冷壁失效案例

2.1 綜合因素導(dǎo)致泄露案例

2015年9月3號鍋爐水冷壁中間集箱入口螺旋段焊口運行中開裂，管子材質(zhì)15CrMoG，規(guī)格Φ38×7mm。

宏觀可見水冷壁管爐膛外側(cè)兩條裂紋及帶壓堵漏焊縫組織，爐膛內(nèi)側(cè)三條裂紋及鰭片處兩條裂紋，裂紋已貫穿內(nèi)外壁；宏觀金相試樣可知對接焊口采用氬弧焊打底手工電弧焊蓋面焊接工藝，手工電弧焊熔敷金屬層厚度6.0mm，且宏觀組織為粗大柱狀晶，說明手工電弧焊焊接線能量較大。在距離焊縫正中線向下30mm處截取母材金相試驗面，宏觀可見爐膛外側(cè)存在兩條鰭片裂紋，整個截面內(nèi)孔呈現(xiàn)沿鰭片方向伸長的橢圓，經(jīng)測量內(nèi)孔長徑26.80mm，內(nèi)孔短徑23.50mm，以外徑為基準(zhǔn)橢圓度為8.7%，說明水冷壁管承受了較大鰭片方向的拉伸應(yīng)力。金相組織觀察可見沿晶開裂的微裂紋，這些裂紋均表現(xiàn)出殘余應(yīng)力釋放后形成的形貌。

綜合分析：水冷壁鰭片采用氬弧焊打底電弧焊蓋面工藝，因電弧焊線能量較大，且施焊層過厚，導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生的殘余應(yīng)力過大，鍋爐在運行中受膨脹及收縮力影響，導(dǎo)致鰭片與母材存在一定的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，在焊接殘余應(yīng)力及結(jié)構(gòu)應(yīng)力共同作用下，焊縫產(chǎn)生沿晶釋放裂紋，并隨運行時間增加裂紋擴展直至開裂。

2.2 焊接缺陷導(dǎo)致泄露案例

2009年5月4號鍋爐水冷壁前墻約34米左數(shù)第101根鰭片附近發(fā)生泄露，漏點呈圓孔狀，附近管子無鼓包、脹粗、變形、減薄，泄露管子表面無吹損痕跡，管子材質(zhì)15CrMoG，規(guī)格Φ38×7mm。

該漏點位于向火側(cè)鰭片與管子焊縫附近，焊縫外觀質(zhì)量不良，存在表面氣孔等缺陷，解剖該氣孔缺陷，發(fā)現(xiàn)氣孔深度已達壁厚的1/2。

腐蝕后觀察管子橫截面，除鰭片焊縫外，在漏點兩側(cè)均有明顯的焊接組織，貫穿整個壁厚。從金相組織看，在焊縫及熔合線位置存在魏氏組織 ，說明焊接時線能量較大，組織出現(xiàn)過熱，管子母材均為鐵素體+珠光體，未見明顯老化，珠光體球化1.5級。

分析認(rèn)為泄漏原因是管子鰭片焊接時，焊接線能量較大，焊接質(zhì)量不佳，造成氣孔等危害性缺陷，運行后缺陷擴展導(dǎo)致泄露。

3 結(jié)束語

鍋爐運行事故中，受熱面失效所占比例較大，目前已成為影響機組可靠性的主要因素。本文對滄東電廠鍋爐受熱面幾個典型失效案例進行分析，從而找出造成失效的型式及失效機理，從而制定措施，提高機組運行可靠性。

作者簡介：鄭立剛，男，天津人，本科，工程師，研究方向：鍋爐檢修及金屬監(jiān)督、焊接。