某電廠省煤器管泄漏原因分析

李淑瑜,趙 月,常 青,張艷森

(國電鍋爐壓力容器檢驗有限公司,北京102209)

省煤器是鍋爐的重要部件之一,其通過使高溫煙氣和冷水發生熱交換,利用即將排入空氣的煙氣余熱加熱冷水,達到“省煤”的目的。省煤器管、水冷壁管、過熱器管和再熱器管并稱鍋爐“四管”,四管泄漏經常造成電廠非正常停機[1],其常見的泄漏原因有原始缺陷、氫腐蝕、垢下腐蝕、氧腐蝕等,關于四管泄漏原因的研究一直以來備受重視[2-6]。

某電廠1號機組省煤器管在第二次試運行期間發生泄漏。該管材料為SA-210C 鋼,規格為φ44.5 mm×6 mm。為查明該省煤器管發生泄漏的原因,避免類似問題的再次發生,筆者對其進行了檢驗和分析。

1 理化檢驗

1.1 宏觀檢查

圖1 省煤器管的宏觀形貌Fig.1 Macro morphology of economizer tube：a）outer surface；b）inner surface

失效省煤器管的宏觀形貌如圖1所示,可見其泄漏位置緊鄰焊縫,為與焊縫垂直的長條狀裂縫。內外壁氧化皮均較薄,內壁泄漏孔周圍可觀察到一圈堆積物。

1.2 化學成分分析

采用德國貝萊克公司生產的便攜式直讀光譜儀對該失效省煤器管進行化學成分分析,由表1可知其化學成分符合GB/T 5310－2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》對SA-210C鋼的技術要求。

表1 省煤器管化學成分分析結果(質量分數)Tab.1 Chemical composition analysis results of economizer tube（mass fraction） %

1.3 金相檢驗

從該省煤器管上截取金相試樣并對其編號,見圖2。利用Axio Observer A1m 型蔡司倒置萬能材料顯微鏡對試樣進行顯微組織觀察,其中對1號試樣的A 面觀察內壁側顯微組織,對B面觀察外壁側顯微組織,結果如圖3～5所示。1號試樣A 面接近焊縫,位于熱影響區,靠近內壁處的裂紋周圍存在魏氏組織和局部脫碳現象;B 面裂紋雖然距離焊縫較遠,但仍位于熱影響區,其顯微組織為鐵素體＋珠光體,裂紋周圍也存在脫碳現象;2號試樣顯微組織正常,為鐵素體＋珠光體。

圖2 省煤器管取樣位置Fig.2 Sampling location of economizer tube

圖3 1號試樣A面顯微組織形貌Fig.3 Microstructure morphology of surface A of sample 1：a）at low magnification；b）at high magnification

圖4 1號試樣B面顯微組織形貌Fig.4 Microstructure morphology of surface B of sample 1：a）at low magnification；b）at high magnification

1.4 掃描電鏡與能譜分析

使用蔡司EVO 18 型掃描電子顯微鏡(SEM)對1號試樣橫截面進行觀察,并用能譜儀對泄漏孔及其周圍堆積物進行微區成分分析。由圖6和圖7可知,該省煤器管主要含有鐵、碳和氧元素,未發現氯、鎂、鈣等腐蝕性元素。

2 分析與討論

由宏觀形貌分析結果可知,該省煤器管內外表面均無明顯磨損特征,泄漏位置位于焊縫附近,內壁泄漏孔周圍有氧化產物堆積。該省煤器管的化學成分符合標準要求。金相檢驗結果表明裂紋位于熱影響區且周圍存在魏氏組織和脫碳層,距焊縫較遠的管材顯微組織正常。SEM 與EDS分析未發現腐蝕性元素。

圖5 2號試樣顯微組織形貌Fig.5 Microstructure morphology of sample 2

圖6 1號試樣泄漏孔SEM 形貌及能譜圖Fig.6 a）SEM morphology and b）EDS spectrum of leak hole of sample 1

圖7 1號試樣泄漏孔周圍堆積物的SEM 形貌及能譜圖Fig.7 a）SEM morphology and b）EDS spectrum of deposits around leak hole of sample 1

一般情況下,脫碳層是碳原子在高溫條件下從基體擴散到表面,與空氣中的氧結合形成二氧化碳溢出,造成組織局部貧碳而形成的。因此判斷該省煤器管在制造過程中存在原始裂紋,原始裂紋位于管端,在焊接過程中由于過熱產生了魏氏組織,造成焊縫熱影響區脆性增大,裂紋容易擴展。擴展至內壁的裂紋周圍在空氣和水的作用下產生了氧化鐵堆積物,裂紋繼續擴展在內壁形成孔洞,最終導致省煤器管泄漏。

3 結論及建議

該電廠省煤器管在制造過程中管端存在原始裂紋缺陷,在焊接過程中熱影響區形成了魏氏組織和脫碳層,使焊縫脆性增大,原始裂紋擴展直至造成省煤器管泄漏。判斷極可能在焊接前未切管端造成制造缺陷遺留,建議加強廠內制造監管和出廠管材的無損檢測;焊接時要嚴格控制焊接條件,加強通風,防止魏氏組織產生。