分享：某超超臨界機(jī)組鍋爐末級(jí)過熱器鋼管泄漏原因分析

摘 要:某電廠超超臨界清潔高效燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐鋼管發(fā)生泄漏.采用宏觀檢查、化學(xué)成分 分析、拉伸試驗(yàn)、硬度測(cè)試及金相檢驗(yàn)等方法對(duì)鋼管泄漏原因進(jìn)行了分析.結(jié)果表明:末級(jí)過熱器 鋼管因被異物堵塞而處于超溫運(yùn)行狀態(tài),使鋼管的力學(xué)性能劣化,進(jìn)而導(dǎo)致鋼管的承壓能力下降, 在內(nèi)壓應(yīng)力作用下,鋼管的蠕變速率加快,其表面萌生出蠕變裂紋,最終導(dǎo)致鋼管發(fā)生泄漏. 

關(guān)鍵詞:超超臨界機(jī)組;末級(jí)過熱器;泄漏;蠕變裂紋;過熱 

中圖分類號(hào):TK２２３．３        文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B            文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０２０)０１Ｇ００３８Ｇ０３ 

某電 廠 超 超 臨 界 清 潔 高 效 燃 煤 發(fā) 電 機(jī) 組(鍋 爐型號(hào) 為 HGＧ３１１８/２９．３ＧYM６)在 運(yùn) 行 １１２h后, 其鍋爐末級(jí)過熱器的鋼管發(fā)生泄漏.該鋼管材料 為 SAＧ２１３S３０４３２ 不 銹 鋼,規(guī) 格 為 ?４４．５ mm× １１mm,設(shè) 計(jì) 溫 度 為 ６４０ ℃,蒸 汽 壓 力 為 ３１．４ MPa.該 末 級(jí) 過 熱 器 的 進(jìn) 出 口 溫 度 分 別 為 ５５２ ℃和６３０ ℃,進(jìn)出口 壓 力 分 別 為 ３１．４ MPa和 ３０．７ MPa.為 查 明 泄 漏 發(fā) 生 的 原 因,筆 者 對(duì) 失 效 鋼管進(jìn)行了理化檢驗(yàn)和分析[１Ｇ２]. 

１ 理化檢驗(yàn) 

１．１ 宏觀檢查 

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)末級(jí)過熱器管左數(shù)第２屏后數(shù) 第９根鋼管發(fā)生泄漏,失效鋼管的位置如圖１所示, 宏觀形貌和圖２所示.由圖２可見,失效鋼管的爆口 呈魚嘴狀,爆口長度為１４０mm,寬度為２０mm,其邊 緣較粗糙且厚度最薄處為９．６８mm.爆口附近鋼管 外表面有平行于管軸的蠕變裂紋,具有不銹鋼管過熱 爆管的宏觀形貌特征[３Ｇ５].失效管段發(fā)生了扭曲變 形,除了爆口部位,其他管段內(nèi)外壁表面光滑,未見軋 制、折疊、重皮、裂紋、結(jié)疤和離層等缺陷.對(duì)失效管 段遠(yuǎn)離爆口且未扭曲變形處(圖２中 A 位置)與爆口處(圖２中B位置)的外徑進(jìn)行測(cè)量并計(jì)算其脹粗率, 結(jié)果如表１所示,可見爆口處管段的外徑及脹粗率較 大,遠(yuǎn)離爆口的管段的外徑及脹粗率較小.

１．２ 化學(xué)成分分析 

從失效鋼 管 (圖 ２ 中 的 ３ 號(hào) 位 置)上 取 樣,用 OBLFQSNＧ７５０型直讀光譜儀對(duì)試樣進(jìn)行化學(xué)成 分分析,結(jié)果如表２所示.可見失效鋼管的化學(xué)成 分符合 ASMESAＧ２１３/SAＧ２１３M«鍋 爐、過 熱 器 和 換熱器用無縫鐵素體和奧氏體合金鋼管子»對(duì) SAＧ ２１３S３０４３２不銹鋼成分的技術(shù)要求. 

１．３ 拉伸試驗(yàn) 

按 照 ASTM E８/E８M －１６aStandard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials,從失效鋼管(圖２中的１號(hào)位置)截取縱 向圓棒狀拉伸試樣,采用 CSSＧ２７９５型電子拉伸試 驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn),結(jié)果如表３所示. 可見試樣的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率均滿 足 ASME SAＧ２１３/SAＧ２１３M 對(duì) SAＧ２１３S３０４３２ 不 銹鋼的技術(shù)要求.

１．４ 硬度測(cè)試 

按照 ASTM E１０－１８StandardTestMethod forBrinellHardnessof MetallicMaterials,從失 效鋼管(圖２中２號(hào)位置)上取樣,采用 HBＧ３０００C 型布氏硬度儀對(duì)試樣進(jìn)行布氏硬度測(cè)試.得到失效 鋼管的硬度為１６７HBW,在DL/T４３８－２０１６«火力 發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程»要求的１５０~２１９ HBW 范圍內(nèi).

１．５ 金相檢驗(yàn)

從失效鋼管的爆口處(圖２中３號(hào)位置)和遠(yuǎn)離 爆口處(圖２中４號(hào)位置)分別截取金相試樣,試樣 經(jīng)打磨、拋光處理后,用鹽酸苦味酸酒精溶液(５mL 鹽酸＋１g苦味酸＋１００mL 酒精)浸蝕,使用 Zeiss Axiovert２００ MAT 型光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察.由圖 ３可見,失效鋼管的爆口處與遠(yuǎn)離爆口處的顯微組 織均 為 奧 氏 體 ＋ 大 量 沿 晶 界 和 晶 內(nèi) 析 出 的 碳 化 物[６],晶界模糊且未見孿晶組織.爆口處顯微組織 中有蠕變微裂紋. 

２ 分析與討論 

由宏觀檢查結(jié)果可知,失效鋼管爆口處符合不 銹鋼管過熱爆管的宏觀形貌特征.由金相檢驗(yàn)結(jié)果 可知,失效鋼管爆口處與遠(yuǎn)離爆口處的顯微組織為 奧氏體＋大量沿晶界和晶內(nèi)析出的碳化物,爆口處 顯微組織中有微觀蠕變裂紋,符合不銹鋼管過熱爆 管的微觀形貌特征[７].綜上,可判斷該末級(jí)過熱器 鋼管在運(yùn)行期間出現(xiàn)過熱導(dǎo)致其顯微組織中晶界與 晶內(nèi)析出大量碳化物,使鋼管的力學(xué)性能劣化,進(jìn)而 導(dǎo)致鋼管承壓能力下降,在內(nèi)壓應(yīng)力作用下,鋼管的 蠕變速率加快并萌生出蠕變裂紋,最終導(dǎo)致該末級(jí) 過熱器鋼管發(fā)生泄漏.

該超超臨界清潔高效燃煤發(fā)電機(jī)組為新建機(jī) 組,運(yùn)行時(shí)間僅為１１２h.末級(jí)過熱器在試運(yùn)行期 間較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生過熱爆管的原因一般為:鋼管局 部被異物阻塞;末級(jí)過熱器入口集箱處節(jié)流孔圈阻 塞;鋼管局部熱負(fù)荷偏高等.為查明失效鋼管出現(xiàn) 過熱爆管的原因,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)取該末級(jí)過熱器出口溫度 的變化曲線,發(fā)現(xiàn)與失效管段同屏相鄰位置的管段 以及相鄰管屏同位置的管段出口溫度未超過６４０℃ (沒有超溫現(xiàn)象),而失效管段出口溫度持續(xù)上升到 約６６０ ℃并在該溫度下保持了６．５h(出現(xiàn)超溫現(xiàn) 象),比其同屏相鄰位置管段以及相鄰管屏同位置管段的出口溫度高出６０℃,由于局部熱負(fù)荷偏高的情 況不會(huì)只出現(xiàn)在一根管段,由此可排除鋼管局部熱 負(fù)荷偏高的因素.

對(duì)該末級(jí)過熱器管屏、末級(jí)過熱器入口集箱以 及出口集箱的鋼管內(nèi)部進(jìn)行清潔度檢查后,發(fā)現(xiàn)在 末級(jí)過熱器第３５,３７屏的鋼管內(nèi)有電廠基建安裝時(shí) 的遺留物,而在其他管屏的鋼管、末級(jí)過熱器入口集 箱和出口集箱內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)異物.由此推測(cè)該末級(jí)過 熱器發(fā)生過熱爆管是因?yàn)殇摴鼙划愇镒枞?導(dǎo)致其 工質(zhì)流量減小,管壁溫度升高,使鋼管處于超溫狀態(tài) 而發(fā)生過熱爆管.由于爆管時(shí)高速氣流產(chǎn)生的瞬間 沖擊力很大,極有可能將異物從爆口處吹出,因而在 失效鋼管內(nèi)未發(fā)現(xiàn)阻塞物[７].

３ 結(jié)論及建議 

超超臨界清潔高效燃煤發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行期間, 其鍋爐末級(jí)過熱器鋼管因被異物堵塞而處于超溫運(yùn) 行狀態(tài),使鋼管的力學(xué)性能劣化、承壓能力下降,鋼 管的蠕變速率加快,其表面萌生出蠕變裂紋,最終導(dǎo) 致鋼管發(fā)生泄漏.

建議在電廠基建階段加強(qiáng)包括末級(jí)過熱器集箱 在內(nèi)鍋爐的清潔度檢查,防止異物阻塞導(dǎo)致鍋爐鋼 管過熱.同時(shí),電廠應(yīng)對(duì)發(fā)生泄漏的末級(jí)過熱器管 屏的其他部位進(jìn)行排查,檢查其他鋼管是否經(jīng)歷過 熱運(yùn)行而在其外壁產(chǎn)生了蠕變裂紋,以消除影響鍋 爐安全運(yùn)行的隱患. 

參考文獻(xiàn): 

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<文章來源> 材料與測(cè)試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè) > 56卷 > 1期 (pp:38-40)>