電廠鍋爐再熱器管開裂原因

劉永超

(中國大唐集團科學技術研究總院有限公司 大唐華北電力試驗研究院, 北京 100040)

鍋爐四管泄漏[1-4]是電廠非正常停機的最普遍、最常見的形式,通常受熱面管失效的形式主要有過熱爆管[5-7](短期過熱爆管、長期過熱爆管)、原始缺陷、腐蝕、疲勞[8]、磨損、錯用鋼材,以及設計、安裝、運行不當造成的泄漏等。四管泄漏將嚴重影響機組的安全運行[9-10],給電廠造成巨大的經濟損失。隨著鍋爐設備的老化,四管泄漏的問題會越來越嚴重。

某廠鍋爐的最大蒸發量為1 025 t/h,額定蒸發量為960 t/h,為亞臨界參數、一次中間再熱、自然循環汽包爐,該爐采用平衡通風、四角切圓的燃燒方式,爐頂為封閉式大包結構。2021年8月,該電廠出現鍋爐凝補水量增加、省煤器出口煙溫度升高、引風機電流增大、四管泄漏報警等現象。檢查發現鍋爐七層爐膛1號角有異音,打開前墻壁再集箱(標高44 m)上方3 m處左數第一和第二個看火孔(標高47 m),發現兩個看火孔均有蒸汽溢出,判斷爐內受熱面泄漏。壁式再熱器、水冷壁、分隔屏發生了不同程度的泄漏或吹損。筆者采用一系列理化檢驗方法對該廠鍋爐壁再熱器管的開裂原因進行分析,以防止該類問題再次發生。

1 理化檢驗

1.1 宏觀觀察

鍋爐壁再熱器管的材料為12Cr1MoV鋼,規格為50 mm×4 mm(外徑×壁厚),分隔屏次外圈材料為12Cr1MoV鋼,規格為51 mm×7 mm(外徑×壁厚)。前墻壁再熱器管試樣宏觀形貌如圖1所示。

圖1 前墻壁再熱器管試樣宏觀形貌

1.2 金相檢驗

對左數第31根再熱器管開裂位置進行割管取樣,其顯微組織形貌如圖2所示,圖2a)為正常部位的顯微組織形貌,圖2b)～2c)為缺陷部位的顯微組織形貌。由圖2可知:正常部位的顯微組織為鐵素體+珠光體,球化級別為1.5級,顯微組織正常;缺陷部位的顯微組織仍為鐵素體+珠光體,球化級別為1.5級,顯微組織正常。

圖2 左數第31根再熱器管開裂位置顯微組織形貌

1.3 硬度測試

對左數第31根再熱器管取樣,用SHB-3000E型布氏硬度計對其進行硬度測試,結果如表1所示,由表1可知:該管硬度符合DL/T 438—2016 《火力發電廠金屬技術監督規程》對12Cr1MoV鋼的硬度要求。

表1 左數第31根再熱器管試樣硬度測試結果 HBW

2 綜合分析

經過對取樣管進行宏觀觀察,發現管件沒有明顯腐蝕跡象,且受熱面管的氧化皮厚度也較薄,可以排除腐蝕導致受熱面管開裂的原因。金相檢驗和硬度測試結果表明,缺陷處的顯微組織及硬度均正常,沒有發現過熱組織,可以排除過熱及材料本身存在缺陷等原因。

在設計過程中,為了防止管子之間出現較大的變形,需要保持管排之間的設計間距,使管排之間的受熱情況相對平均且穩定,需要在管排之間設置定位連接裝置,通過連接焊來固定管排(見圖3)。在焊接過程中,局部劇烈的溫度和組織變化會使材料產生一定的殘余應力,當出現較大應力時,靠近熔合線和熱影響區附近會成為薄弱環節,可能發生開裂事故。

圖3 再熱器管排之間的布局示意

根據再熱器管的布局可知:受熱面管與管連接焊之間的角度為120°,結合現場分析,第31根再熱器管靠爐前側線狀泄漏點為首爆點,首爆點位置與管排之間連接焊的角度均為120°,同時線狀泄漏點的高度與連接焊之間的高度一致,因此判斷在前期管屏焊接過程中出現誤焊,在首爆口位置產生了一定的原始缺陷,然后隨著運行時間的延長,管件出現開裂現象。

此外,滑動板與第31根壁再熱器管通過焊接相連,且該位置同樣與第31根再熱器管靠爐前側線狀泄漏點高度一致,是前期滑動板與31根壁再熱器管靠爐前側發生誤焊,產生了缺陷,導致管件缺陷位置發生開裂。

3 結論及建議

缺陷部位材料組織為鐵素體+珠光體,球化級別為1.5級,顯微組織沒有發現異常情況。泄漏部位的硬度均正常,符合DL/T 438—2016的要求。再熱器管泄漏的原因是在設計安裝定位連接結構的前期,管排的連接焊發生誤焊或者是滑動板與31根壁再熱器管靠爐前側誤焊造成的缺陷,在運行過程中,該位置成為薄弱環節。

建議對受熱面管之間的定位連接結構進行優化,避免受熱面管之間直接焊接,并加強對受熱面管基建部位的檢驗,從設計與安裝的合理性方向進行調整[11]。