某電廠2#機1#高加盤管開裂原因分析

周楊，王立坤

（1．盛虹煉化（連云港）有限公司機動設(shè)備部，江蘇 連云港 222000；2.中國石油獨山子石化分公司壓力容器檢驗所，新疆 克拉瑪依 833699）

某熱電廠2#機1#高加盤管發(fā)生泄漏。該設(shè)備1992年投用，水側(cè)壓力14MPa、溫度200℃，汽側(cè)壓力1.3~1.4MPa，溫度300℃，盤管規(guī)格Φ32×5，設(shè)計材料20G。

1 宏觀檢查

發(fā)現(xiàn)熱電廠2#機1#高加盤管與集合管焊口發(fā)生開裂泄漏，發(fā)生泄漏的盤管附近母管和層間隔板外表面明顯有被沖刷痕跡，見圖1。

圖1 高加開裂情況

觀察泄漏處發(fā)現(xiàn)焊口處微微發(fā)紅，用榔頭輕輕敲擊后焊口脫落，里面漏出了紅色轉(zhuǎn)塊狀物質(zhì)。將盤管氣割切斷，里面的塊狀物基本將盤管堵住。將失效盤管取回實驗室檢查，其外表面被沖刷區(qū)有大量凹坑，見圖2。

圖2 盤管開裂情況

2 硬度檢測

使用430SVD數(shù)顯維氏硬度計按照GB/T4340.1-2009《金屬材料維氏硬度試驗第1部分：試驗方法》對盤管進(jìn)行硬度試驗。試驗位置選擇盤管橫截面進(jìn)行，外表面硬度平均值172.5HV10，中間硬度平均值170.2HV10，內(nèi)表面硬度平均值170.6HV10。盤管內(nèi)外表面硬度差異不大，根據(jù)DL/T674-199920號鋼珠光體球化評級標(biāo)準(zhǔn)，20G珠光體球化度1級時，硬度范圍不小于141HB，按照此標(biāo)準(zhǔn)盤管應(yīng)未發(fā)生珠光體球化。

2 化學(xué)的成分

取開裂盤管樣制成光譜分析樣品，按照GB/T4336-2016《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測定火花放電原子發(fā)射光譜法》，使用德國SPECTROLab.M11型固定式直讀光譜儀對樣品進(jìn)行光譜分析，測得各元素含量見表1。

如盤管設(shè)計材料為20G，由表1數(shù)據(jù)可知，所檢樣品化學(xué)元素中Mn元素較標(biāo)準(zhǔn)高0.10，考慮到成品分析偏差，根據(jù)GB/T222-2006《鋼的成品化學(xué)成分允許偏差》，非合金鋼測試樣品Mn含量在0.75%時將標(biāo)準(zhǔn)上限向上加0.03%，即成品分析合格含量可放大到0.68%，但檢測Mn含量結(jié)果仍不滿足GB5310-2008高壓鍋爐用無縫鋼管中20G要求，高出0.07%。

3 金相檢驗

取開裂盤管橫截面試樣，按照GB/T13298-2015《金屬顯微組織檢驗方法》進(jìn)行金相檢驗。經(jīng)檢驗該盤管金相組織為鐵素體+珠光體，組織呈帶狀，珠光體區(qū)清晰可見，局部區(qū)域珠光體呈顆粒狀，大部分呈層片狀，按照DL/T674-1999《20號鋼珠光體球化評級標(biāo)準(zhǔn)》珠光體球化等級評為1級，見圖3。

表1 盤管成分含量 ω/%

盤管內(nèi)外表面可見有氧化情況，氧化情況不嚴(yán)重，僅有1~3個晶粒程度，氧化過程無選擇性，基本為均勻腐蝕，見圖4。

圖3 盤管中間金相組織

圖4 盤管內(nèi)表面金相組織

4 厚度測試

按照GB/T11344-2008《無損檢測接觸式超聲脈沖回波法測厚方法》，使用MMX6對該高加開裂盤管進(jìn)行厚度測量。經(jīng)過檢驗，泄漏點周圍其他盤管厚度并未出現(xiàn)明顯變化，僅在本次開裂盤管對側(cè)盤管焊縫附近發(fā)現(xiàn)有厚度減薄情況，厚度已經(jīng)減薄至3.41mm。

5 工藝過程分析

高加管程走水，殼程走蒸汽，運行過程中由于高壓加熱器開停車時，儀表水位監(jiān)測出現(xiàn)“虛假水位”，高加熱器危急疏水調(diào)節(jié)門質(zhì)量不佳，出現(xiàn)內(nèi)漏，都會造成高加內(nèi)盤管溫度快速變化，產(chǎn)生熱應(yīng)力。在這種循環(huán)熱應(yīng)力作用下，盤管特別是盤管與母管焊接的結(jié)構(gòu)不連續(xù)部位容易發(fā)生疲勞損傷破壞。

6 檢驗結(jié)果分析

經(jīng)檢驗，盤管基本符合GB5310-2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》中20G要求。未見有明顯劣化情況。內(nèi)外表面有較輕微氧化情況但不嚴(yán)重，不是造成本次事故的原因。由于取樣時將盤管斷口破壞，不能對斷口進(jìn)行詳細(xì)分析。宏觀檢查集合管和盤管有被沖刷情況，其他部位未見有沖刷，測厚檢測證明盤管壁厚無減薄，證明該處的沖刷是個案。通過對工藝過程的分析，盤管與母管的焊接部位由于結(jié)構(gòu)不連續(xù)，每組盤管的最外側(cè)一根承受了最大的沖刷、震動、熱應(yīng)力。因此失效集中在盤管與母管之間。焊口開裂后盤管內(nèi)高壓水噴出，對附近的集合管和盤管以及層間板造成了沖刷。宏觀檢查時見到盤管內(nèi)有一個塊狀腐蝕產(chǎn)物，應(yīng)為Fe3O4，其來源有以下幾個方面：

（1）補水率低，爐水的濃縮，導(dǎo)致腐蝕性離子Cl-、SO42-在局部濃度升高，加速材料的腐蝕，產(chǎn)生Fe3O4。Fe3O4在水汽系統(tǒng)中的溶解度極小，會在介質(zhì)流速緩慢或者流體穩(wěn)定的地方沉積。

（2）由于凝汽器的泄漏，大量雜質(zhì)進(jìn)入到水中，當(dāng)有機物進(jìn)入介質(zhì)中時，會在熱力系統(tǒng)作用下分解出酸，對材料的腐蝕產(chǎn)物也為Fe3O4。

當(dāng)腐蝕產(chǎn)物在高加集合管向盤管出口處沉積并逐漸長大，介質(zhì)流速增大，造成該處流體產(chǎn)生擾流，擾動的流體對開裂盤管內(nèi)表面產(chǎn)生沖刷，導(dǎo)致材料從內(nèi)壁開始減薄。同時由于長大腐蝕產(chǎn)物的存在，減少了集合管向盤管疏水量，不能將殼程傳導(dǎo)至盤管的熱量帶走，導(dǎo)致盤管溫度升高。隨著盤管溫度材料力學(xué)性能下降，加速了開裂。

綜上，集合管與盤管之間焊口處有大塊的腐蝕產(chǎn)物沉積，造成盤管溫度升高，力學(xué)性能下降，沖刷腐蝕加劇。并且焊縫處結(jié)構(gòu)不連續(xù)，受高加工藝原因焊縫處存在震動，最終在內(nèi)外部壓力差作用下導(dǎo)致焊口開裂。

7 結(jié)語

（1）盤管出口處由于大塊腐蝕物沉積，造成焊縫區(qū)溫度升高，沖刷腐蝕加劇，在震動和內(nèi)外部壓力差作用下導(dǎo)致焊縫開裂。

（2）加強啟動機組系統(tǒng)水沖洗和機組啟動過程中水質(zhì)監(jiān)督，嚴(yán)格執(zhí)行“給水不合格不進(jìn)爐，蒸汽不合格不并汽，凝結(jié)水、疏水不合格不回收”的原則。

（3）優(yōu)化高加啟動和停機工藝過程，減少熱沖擊的影響。

（4）提高水位測量精度，保證高加內(nèi)部水汽平衡。