鍋爐受熱面爆管引發的二次泄漏

羅傳旭，吳章勤，艾川，孫成剛

(云南電力試驗研究院(集團)有限公司，昆明 650217)

鍋爐受熱面爆管引發的二次泄漏

羅傳旭，吳章勤，艾川，孫成剛

(云南電力試驗研究院(集團)有限公司，昆明 650217)

火電廠鍋爐運行不當時受熱面管子會發生長時超溫或短時超溫引發的爆管。分析了一起鍋爐受熱面爆管處理后，其他受影響部位在運行中出現二次泄漏的事例。采用宏觀檢查、材質分析、金相分析等方法對二次泄漏處焊縫組織及附近管樣進行分析，泄漏的原因為首次爆管時，二次泄漏處角焊縫受到較大的交變應力影響，鍋爐啟動后即在角焊縫熔合區發生二次泄漏。爆管后應對相關金屬部件進行全面的無損檢測，以消除隱患。

火電廠；鍋爐；受熱面管子；爆管；二次泄漏

0 引言

鍋爐受熱面是指鍋爐內與煙氣接觸的金屬表面，即煙氣與水(或蒸汽)進行熱交換的表面，鍋爐本體受熱面管的常見缺陷有腐蝕、磨損、變形、開裂、泄漏等。鑒于受熱面管的重要作用，在使用、維修和管理等各環節必須特別重視。檢查受熱面管的方法有宏觀檢驗、金相分析、磁粉檢測、超聲波檢測、射線檢測和相控陣檢測等[1-5]。

額定溫度指鋼材在設計壽命下運行的最高允許溫度，也可指工作時的額定溫度，超溫是指金屬材料超過額定溫度服役。鍋爐管因長期或短期超溫而發生爆管是十分危險的，爆管大多發生在高溫過熱器管出口段的向火側及管子彎頭處，水冷壁管、凝渣管和省煤器等其他部位也時有發生。管子長期超溫導致原子擴散加劇，鋼材金相組織發生一定變化，鋼材蠕變速度加快，持久強度降低，管子達不到設計壽命就提前發生爆破損壞。鍋爐受熱面管在運行中遇到冷卻條件惡化、干燒等突發情況，使管壁溫度短期內突然升高至臨界點以上時，鋼的抗拉強度急劇下降，管子應力超過管子屈服極限，某些部位產生剪切斷裂而爆管，這種爆管稱為短時超溫爆管。

在處理超溫爆管事故后，還需要對爆管處附近及可能受影響的其他部位進行全面檢查，否則將容易出現二次事故。

1 一次爆管

某機組受熱面二級過熱器管發生爆管，標高55.6 m的二級過熱器出口段第43～48排大面積管屏泄漏，并導致后水冷壁懸吊管被沖刷斷裂。停爐檢查發現二級過熱器出口爆管周邊部分管子出現脹粗現象，部分管子甚至出現爆口、噴擊減薄或開口現象。截取初始爆口管段(從爐左往爐右數第44屏的爐前方向第1根)及脹粗管段(從爐左往爐右數第31、第43屏的爐前方向第1根)進行試驗分析。宏觀檢查發現：受熱面二級過熱器爆管爆口為爆炸狀喇叭口，軸向開口長度為152.8 mm，周向開口長度為96.8 mm，爆口邊緣鋒利，減薄較多，呈撕裂狀；爆口附近管子脹粗較大(最大直徑為49 mm)，管壁變形嚴重，周邊部分二級過熱器管被開口處泄漏氣體噴擊減薄或出現噴刷孔洞。送檢管樣均存在漲粗現象，剖開后檢測管內壁(向火面和背火面)氧化皮厚度均小于0.2 mm，通過體視顯微鏡對管內壁進行觀測，發現內表面氧化皮均存在軸向龜裂紋。

經材質和金相分析得出如下結論：受熱面二級過熱器管內表面氧化皮厚度正常，存在軸向龜裂紋；受熱面二級過熱器管材質為SA213T91鋼，送檢試樣化學成分符合標準要求；金相分析結果顯示，部分試樣組織出現不同程度的老化，部分試樣金相組織正常。

綜上所述，爆口周圍二級過熱器管出現漲粗現象，內壁氧化皮出現龜裂，爆口呈喇叭狀，二級過熱器管化學成分符合標準要求，但爆口附近的試樣金相組織出現老化，而遠離爆口處金相組織未出現明顯老化現象，符合短期過熱的特征。

2 二次泄漏

2.1 概況

該機組于某日23:17啟機并網，3 d后發現爐頂大包有飄汽現象，后從大包頂上K2板梁下爐膛中心偏左開孔檢查，聽見大包內有輕微的異音，擴大檢查后，確定水冷壁懸吊管上集箱管座泄漏，第45根管與水冷壁懸吊管上集箱角焊縫處斷裂及管右側集箱被吹損，第43、第46根管被吹損，第44根管及附近集箱被吹損，第44、第45根管之間集箱被吹損，第45根管集箱后側被吹損。

該爐水冷壁懸吊管材質為SA-210C，規格為?60 mm×6.5 mm。截取第45根管與集箱連接角焊縫及下部長1 m的管段送樣進行試驗分析。

2.2 宏觀檢驗

對來樣進行宏觀檢驗，該鍋爐水冷壁從爐左往爐右數第45根懸吊管與水冷壁懸吊管上集箱角焊縫斷裂處位于焊縫下部熔合線處，斷裂處裂紋源已經被沖掉，斷裂處上部焊縫部位未發現焊接缺陷，斷裂處下部管子無脹粗且無明顯減薄，管壁無明顯變形，剖開后檢測管內壁氧化皮厚度，均小于0.2 mm。體視顯微鏡下觀測母材近焊口處剖面和焊縫剖面，焊縫、熱影響區和母材均未發現明顯異常。

2.3 材質分析

通過電火花光譜分析儀對試樣進行化學成分分析(見表1)，分析結果表明，各元素質量分數均符合ASME標準中SA-210C的材質要求。

表1 試樣化學成分分析 %

2.4 金相分析

(1)管樣分析。對該鍋爐水冷壁懸吊管近焊口處管壁剖面進行金相分析，結果表明：送檢管樣基體金相組織正常，材質為軋制處理的鐵素體與珠光體的混合物，珠光體未發生球化，材質無老化現象，管樣靠近焊縫處組織為熱影響區的正火區，組織為重結晶的鐵素體與球狀珠光體的混合物。

(2)焊縫分析。對該鍋爐水冷壁懸吊管與水冷壁懸吊管上集箱的角焊縫剖面進行金相檢測，結果表明：焊縫、熱影響區、母材組織均正常，母材材質為軋制處理的鐵素體與珠光體的混合物，珠光體未發生球化，材質無老化現象。

2.5 綜合分析結果

(1)送檢的水冷壁懸吊管為SA-210C鋼，化學成分符合標準要求；(2)送檢的水冷壁管樣和焊縫樣品金相組織均正常。

3 結論

本文案例中二次泄漏是第45根水冷壁懸吊管與水冷壁懸吊管上集箱角焊縫處斷裂所造成的，管樣和焊縫樣品的金相組織均正常，但該管下部在上次二級過熱器爆管時曾被吹損，出現了扭曲和斷裂，在此過程中上部集箱角焊縫承受了較大的交變應力，鍋爐啟動后該部位受到正常負荷時，在角焊縫的薄弱處——焊縫熔合區發生斷裂。

火電廠處理受熱面爆管時，待處理管束處理完畢后，還應對存在安全隱患的部位進行詳盡排查，尤其是應力集中部位應做重點檢測。

[1]毛小鵬，賀衛國.高溫再熱器管變形原因分析及處理[J].華電技術，2009，31(9)：51-52.

[2]張李鋒，王小迎，白小云，等.鍋爐低溫過熱器管損傷研究及預防對策[J].陜西電力，2011，39(10):45-47.

[3]肖國華，王春明，田曉，等.鍋爐末級過熱器爆管原因分析及措施[J].熱力發電，2012，41(3):78-82.

[4]閻光宗，徐雪霞，歐陽杰，等.600 MW超臨界機組屏式過熱器爆管失效分析[J].金屬熱處理，2011， 36(4):100-102.

[5]陳紅冬，胡波濤，謝國勝.300 MW機組水冷壁管橫向裂紋原因分析[J].華中電力，2001，14(6):50-52.

TM 621.2

B

1674-1951(2017)12-0040-02

2017-08-12；

2017-11-02

(本文責編：劉芳)

羅傳旭(1987—)，男，廣西桂平人，工程師，工學碩士，從事金屬材料無損檢測與失效分析方面的研究工作(E-mail:luochuanxu@foxmail.com)。