電站鍋爐主蒸汽母管的定期檢驗與分析

曲炎淼 王霄鑫 李明

摘 要：本文對使用12Cr1MoVG鋼管的電站鍋爐主蒸汽母管進行定期檢驗。結果發現，該管道經過11萬h的運行，管道的壁厚、無損檢測和材料化學成分都未發現明顯缺陷，但管道材質發生了劣化，表現為硬度降低，部分管段顯微組織球化較嚴重。

關鍵詞：電站鍋爐;主蒸汽管道;12Cr1MoVG

中圖分類號：TB559文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）22-0032-03

Abstract： In this paper， the main steam pipe of utility boiler with 12Cr1MoVG steel pipe was inspected regularly. The results showed that no obvious defects were found in the wall thickness， nondestructive testing and material chemical composition of the pipeline after 110 000 h operation， but the pipeline material deteriorated， showing that the hardness was reduced， and the microstructure of some pipe sections was seriously spheroidized.

Keywords： power plant boiler;main steam pipe;12Cr1MoVG

1 研究背景

目前，國內電站鍋爐正朝著大參數、大容量的方向發展，但是，參數較小的企業自備電廠的鍋爐由于生產需要仍將繼續運行。這些鍋爐多存在運行時間長、日常管理不到位等問題。一些電廠出于生產和成本的考慮，使用母管制鍋爐，但由于相關法規的歷史原因，導致以往的電站鍋爐定期檢驗中，蒸汽母管不在電站鍋爐定期檢驗范圍內，或者按照工業管道進行檢驗。此外，由于生產運行的原因，蒸汽母管一直處于高溫運行狀態，即使部分停爐，蒸汽母管仍存在高溫的情況。因以上情況的存在，有的電站鍋爐蒸汽母管從安裝至今都未進行過一次全面的檢驗，存在著重大安全隱患。湖北當陽電站鍋爐母管爆炸事故后，國家市場監管總局發布了《關于開展電站鍋爐范圍內管道隱患專項排查整治的通知》，監管部門對蒸汽母管的檢驗非常重視。

2 檢驗方法

現以某氧化鋁廠自備電站鍋爐的檢驗為例，探討電站鍋爐主蒸汽母管的定期檢驗。該廠共有9臺電站鍋爐，其中6臺型號為NG-130/9.8-M2，2臺型號為CG-260/9.81-MX1，1臺型號為UG-150/9.8-M5，額定工作壓力均為9.8 MPa。共有4臺發電機組，運行形式為熱電聯產。這9臺鍋爐均連接在一條主蒸汽母管上，再通過蒸汽母管分配到4臺發電機組及數條動力管道上。由于各臺鍋爐安裝時間不同，母管也是分期、分段安裝，安裝時間從2007年至2012年。各管段的材質均為12Cr1MoVG，規格為Φ273 mm×25 mm、Φ325 mm×28 mm，共計260 m，各管段運行時間不等，運行最長的管段達11萬h。在該段母管的定期檢驗中，針對該段母管的特殊情況，采用了現場力所能及的檢驗手段，制定了以下檢驗方案。

2.1 資料審查

對該管道整個運行周期中的安裝、改造、維修資料進行審查，重點檢查安裝單位資質、設計圖紙、管道材質、無損檢測報告、水壓試驗等相關資料。審查發現以下問題：該母管管道材質證明不全，未按照《火力發電廠金屬技術監督規程》（DL/T 438—2009）[1]進行有效的金屬技術監督，未進行過定期檢驗等。

2.2 宏觀檢查

拆除管道保溫后，對管道進行了宏觀檢查，發現管道有均勻的高溫氧化腐蝕現象，未見嚴重的機械損傷、變形，部分支管與彎頭焊口有較嚴重的錯邊。抽查了安全閥管座角焊縫以及排水、疏水、支管等管座角焊縫表面，未發現裂紋或其他超標缺陷。

2.3 壁厚測定

對所有管道焊縫兩側、彎頭背弧面的壁厚進行測定。使用SIUI CTS-30A測厚儀，檢測精度為±0.1 mm。檢查發現Φ273 mm×25 mm管段最小壁厚為22.7 mm，Φ325 mm×28 mm管段最小壁厚為26.7 mm，均高于最小需要壁厚，符合設計要求。這表明該母管在長期運行過程中未發生明顯的腐蝕，管材減薄量可控。

2.4 無損檢測

對所有直管、彎頭、三通的焊縫進行100%超聲和磁粉檢測。超聲檢測采用漢威HS610e數字式超聲波探傷儀，按照標準《承壓設備無損檢測 第三部分：超聲檢測》（NB/T 47013.3—2015）[2]，采用CSK-IA、CSK-IIA-1標準試塊，以及2.5P13×13K2.0探頭，檢測方法為直接接觸/單面雙測，評定靈敏度Φ2×40-18dB，磁粉檢測采用ZCM-XYDA1702-UV型便攜式磁軛探傷儀，使用非熒光黑磁膏，磁化時間為1～3 s。

無損檢測未發現可記錄超標缺陷。筆者認為，對于安全運行多年的蒸汽管道，其檢驗重點應為管道材質的劣化，如蠕變、球化、高溫腐蝕等。

2.5 硬度測定

采用TH160里氏硬度計對蒸汽母管的母材和焊縫進行硬度測定，發現多處管段母材的硬度值均低于130 HB，最低處為102 HB，已經低于《火力發電廠金屬技術監督規程》（DL/T 438—2009）中對12Cr1MoV鋼的推薦值135～179 HB[1]。

在電站鍋爐的長期運行中，由于高溫高壓的作用，主蒸汽管道的材質會有劣化傾向，導致管道母材的硬度異常。研究表明，隨著12Cr1MoV鋼球化等級增加，材料的強度會有不同程度的降低。對于運行中出現硬度異常降低的低合金主蒸汽管道，考慮珠光體球化的可能性，需要對主蒸汽管道進行金相檢測，以確定主蒸汽管道珠光體是否是球化[3]。

2.6 光譜檢測

采用NIRON XLt898W型便攜式直讀光譜儀對蒸汽母管的直管和管件進行光譜檢測，該光譜儀為半定量光譜。對所有管段進行光譜分析，結果表明，材質均為12Cr1MoV，與安裝維修資料相符。根據李祿臣的研究，12Cr1MoV鋼經高溫高壓長期運行后，其化學成分不隨運行時間的長短而變化。如果原始狀態管材的化學成分合格，在電廠實際運行中不必考慮化學成分的變化[4]。

2.7 金相檢測

對蒸汽母管所有管段的直管、彎頭、三通、焊縫進行了金相檢測。采用JXD-900型現場金相顯微鏡，對蒸汽母管進行非破壞性金相檢測，使用《火電廠用12Cr1MoV鋼球化評級標準》（DL/T 773—2016）對顯微組織的球化等級進行評定[5]。

檢測結果發現，管道的材質均為12Cr1MoV，大部分管段的金相組織為鐵素體加珠光體組織，少數管段的金相組織為鐵素體加貝氏體組織，兩種組織都是推薦的金相組織，焊縫組織為貝氏體組織。對金相組織的球化程度進行分析，鐵素體加珠光體組織管段中的球化等級為3～4.5級，球化最嚴重處的金相組織如圖1所示。從圖1可知，珠光體區域形態已幾乎消失，碳化物明顯聚集長大，部分碳化物分布在晶界及其附近，晶界上碳化物呈鏈狀分布。鐵素體加貝氏體組織的管段中的球化等級為3～3.5級，球化最嚴重處的金相組織如圖2所示，僅有少量的貝氏體區域痕跡，碳化物明顯聚集長大，大部分碳化物呈顆粒狀分布在晶界及其附近。

12Cr1MoV鋼中雖含有能阻礙或減緩球化及其聚集過程進行的合金元素Cr、Nb、V等，是組織較穩定的低臺金耐熱鋼，但在高溫高壓下長期運行，經正常熱處理的管材，其珠光體組織中片狀滲碳體也會自發地趨向形成球狀滲碳體并聚集長大。球化這種組織不穩定的現象是難免的[6]。

從各管段統計的球化等級上可以看出，12CrMoVG中鐵素體加貝氏體組織比鐵素體加珠光體組織的抗球化能力較強，這種金相組織具有良好的綜合性能和較高的高溫持久強度[7]。

3 結論

①主蒸汽母管在宏觀上沒有明顯的缺陷和裂紋，管道外壁在長期高溫氧化下形成了致密的氧化層，高溫氧化速度較低，對管道的影響可以忽略。

②超聲波檢測和磁粉檢測都未發現可記錄的缺陷，這表明對長期安全運行的蒸汽管道，其檢驗應重點關注管道材質的劣化，如蠕變、球化、高溫腐蝕等。

③硬度檢測發現，部分管段硬度值均低于參考值，低硬度值管段與球化嚴重的管段數據存在對應關系，由此推斷這些管段在長期的高溫運行過程中造成了強度損失。

④對金相分析表明，該管道使用的12Cr1MoVG鋼包含鐵素體加貝氏體和鐵素體加珠光體兩種組織的鋼管。其中，使用鐵素體加珠光體的組織的管段顯微組織球化更嚴重，球化等級最高，可到4.5級。

⑤該蒸汽母管的檢驗結果基本符合要求，對于球化嚴重的管段應加強監控。

參考文獻：

[1]國家能源局.火力發電廠金屬技術監督規程：DL/T 438—2009[S].北京：中國標準出版社，2009.

[2]國家能源局.承壓設備無損檢測 第3部分：超聲檢測：NB/T 47013.3—2015[S].北京：中國標準出版社，2015.

[3]李敏.電站鍋爐主蒸汽管道硬度檢測異常分析[J].科學與信息化，2019（30）：80-81.

[4]李祿臣.12Cr1MoV鋼不同球化級別的高溫性能及壽命[J].河北電力技術，1997（4）：40-43.

[5]國家能源局.火電廠用12Cr1MoV鋼球化等級標準：DL/T 773—2012[S].北京：中國電力出版社，2016.

[6]朱敏，任恒昌.12Cr1MoV鋼主蒸汽管道壽命評估[J].化工設備與管道，2002（1）：51-55.

[7]周波.12Cr1MoV鋼大直徑厚壁鍋爐鋼管的熱處理工藝優化[J].鋼管，2001（1）：34-38.