某煤矸石電廠3#爐高溫再熱器爆管原因分析

王鵬宇

(國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院 山西太原 030001)

某煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司3#爐為上海鍋爐廠有限公司設(shè)計(jì)、制造的型號(hào)為SG-1060/17.5-M802型的亞臨界單汽包自然循環(huán)，一次中間再熱、循環(huán)流化床燃燒方式，全鋼架的鍋爐。高溫再熱器管材質(zhì)為TP321，規(guī)格φ63.5 mm×6.5 mm，爆管位置在3A外置床高溫再熱器高溫室（靠前墻）上部區(qū)域，再熱器9根管排中間直管段全部爆管（含3根懸吊管）。

管樣編號(hào)：1#樣—高再脹粗管；2#樣—高再?gòu)臓t左到右第1根管，具體見(jiàn)圖1。

圖1 管樣編號(hào)示意圖

1 試驗(yàn)結(jié)果

1.1 宏觀形貌分析

1#樣爆口的宏觀形態(tài)見(jiàn)圖2，管子已被泄漏的高溫蒸汽沖斷，原始爆口原始特征已不明顯，殘余斷口存在減薄，管子外表面呈現(xiàn)樹(shù)皮狀龜裂，脹粗嚴(yán)重，最大外徑為71.63 mm，變形嚴(yán)重[1]。

圖2 爆口宏觀照片

1.2 光譜檢驗(yàn)

在1#樣和2#樣上取樣進(jìn)行光譜檢驗(yàn)分析，結(jié)果如表1 所示。光譜檢驗(yàn)的結(jié)果表明：合金元素含量滿足ASME SA213標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。

表1 光譜檢驗(yàn)結(jié)果

1.3 力學(xué)性能試驗(yàn)

在管子上取樣，加工成等寬條狀試樣，按《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1 部分：室溫試驗(yàn)方法》（GB/T 228.1-2021）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

表2 式樣力學(xué)性能結(jié)果

力學(xué)性能的試驗(yàn)結(jié)果表明：1#管樣的一個(gè)屈服強(qiáng)度值滿足ASME SA213標(biāo)準(zhǔn)的要求，其余值低于ASME SA213標(biāo)準(zhǔn)的要求；2#管樣一個(gè)屈服強(qiáng)度值低于ASME SA213 標(biāo)準(zhǔn)的要求，其余值滿足ASME SA213 標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1.4 金相試驗(yàn)

分別在1#管（爆口附近取樣）、2#管取樣進(jìn)行金相試驗(yàn)，結(jié)果如下：對(duì)1#金相試樣侵蝕前進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)壁、管外壁、管中間母材，有許多微小裂紋，具體見(jiàn)圖3；侵蝕后，管子裂紋形貌如圖4 所示；侵蝕后，發(fā)現(xiàn)裂紋沿晶擴(kuò)展，晶界上有大量非正常物相析出，如圖5所示；侵蝕后觀察金相組織為奧氏體，如圖6 所示；在2#試樣上發(fā)現(xiàn)管外壁存在微小裂紋，如圖7所示。

圖3 1#樣侵蝕前裂紋形貌

圖4 1#樣侵蝕后裂紋形貌

圖5 1#樣侵蝕后組織中的析出相

圖6 1#樣侵蝕后組織

圖7 2#樣侵蝕前形貌

侵蝕后，管子外壁裂紋形貌，如圖8 所示；侵蝕后金相組織為奧氏體，晶界上有少量析出相，如圖9所示。

圖8 2#樣侵蝕后外壁裂紋

圖9 2#樣侵蝕后組織

1.5 布氏硬度試驗(yàn)

對(duì)1#金相試樣和2#金相試樣進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 布氏硬度檢測(cè)結(jié)果

布氏硬度試驗(yàn)結(jié)果表明：1#試樣和2#試樣的布氏硬度值滿足ASME SA213標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2 結(jié)果分析

（1）1#樣管子被泄漏蒸汽吹斷，管子有明顯脹粗現(xiàn)象。

（2）從1#管、2#管的試樣的光譜分析結(jié)果看管子的合金元素滿足ASME SA213標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（3）1#管樣除一個(gè)屈服強(qiáng)度值滿足ASME SA213標(biāo)準(zhǔn)的要求，其余值低于ASME SA213標(biāo)準(zhǔn)的要求；2#管樣只有一個(gè)屈服強(qiáng)度值低于ASME SA213標(biāo)準(zhǔn)的要求，其余值滿足ASME SA213標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（4）從1#樣、2#樣的金相試驗(yàn)的結(jié)果看，金相組織為奧氏體[3]，1#樣晶界有大量非正常物相析出，裂紋在晶界處形成、擴(kuò)展；2#樣外壁存在微裂紋。

（5）從1#樣、2#樣布氏硬度試驗(yàn)結(jié)果表明：1#試樣和2#試樣的布氏硬度值滿足ASME SA213標(biāo)準(zhǔn)的要求。

從1#樣的金相觀察分析看出，奧氏體晶界有明顯析出相，是由于管子超溫所致。管子有明顯脹粗現(xiàn)象，說(shuō)明管子在超溫幅度較高。管子在超溫狀態(tài)下運(yùn)行[4-5]，會(huì)使非正常物相在晶界處析出加速，造成在晶界處產(chǎn)生裂紋源[6]。在管子內(nèi)壓和高溫雙重作用下，裂紋擴(kuò)展達(dá)到臨界尺寸后[7]，迅速擴(kuò)展導(dǎo)致管子開(kāi)裂。

3 結(jié)論及建議

（1）高溫再熱器爆管是由于超溫導(dǎo)致管子在晶界處形成裂紋并在管子內(nèi)壓和高溫雙重作用下快速擴(kuò)展，導(dǎo)致管子開(kāi)裂。

（2）建議對(duì)超溫區(qū)域相鄰管子進(jìn)行檢驗(yàn)，分析其是否在超溫運(yùn)行下產(chǎn)生微裂紋，減少事故的發(fā)生。

（3）建議盡快查找導(dǎo)致超溫的原因，避免由于超溫導(dǎo)致同類事故再次發(fā)生。