郭 滔,黃 鋼

(國電電力發(fā)展股份有限公司大同第二發(fā)電廠,山西大同 037043)

鍋爐低溫過熱器管頻繁失效原因分析

郭 滔,黃 鋼

(國電電力發(fā)展股份有限公司大同第二發(fā)電廠,山西大同 037043)

通過對鍋爐低溫過熱器管3次泄漏原因進行分析和擴大檢查,得出頻繁爆管原因是低溫過熱器管材存在原始制造缺陷所致,并提出了防止缺陷管的產(chǎn)生及其進入安裝現(xiàn)場的建議。

低溫過熱器管;原始制造缺陷;管內(nèi)壁直道

0 引言

國電電力發(fā)展股份有限公司大同第二發(fā)電廠(以下簡稱大同第二發(fā)電廠)9號機組系660 MW直接空冷機組,鍋爐型號為DG2150/25.4-II6,(571/569)℃。鍋爐型式為超臨界參數(shù)直流爐,采用一次中間再熱、前后墻對沖燃燒方式、單爐膛平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、緊身封閉布置的Π型燃煤鍋爐。低溫過熱器設(shè)計壓力為28MPa,低溫過熱器分三段管排,第一段管排材質(zhì)為15CrMo,第二、三段管排材質(zhì)為12Cr1MoV,規(guī)格為φ45 mm×6.5 mm。低溫過熱器管排結(jié)構(gòu)見圖1。

9 號爐低溫過熱器管從2008年7月28日水壓試驗開始截止2010年4月10日已發(fā)生3次爆管,鍋爐累計運行3 267.28 h,其間啟停5次。

1 低溫過熱器爆管宏觀分析

第一次爆破有兩根管泄漏,漏口形貌見圖2,均為縱向裂縫,兩管管徑無脹粗,泄漏處為一沿管子軸線方向的穿透型裂紋。從沿軸向剖開的內(nèi)壁觀察,發(fā)現(xiàn)有許多縱向直道,長短不一,見圖3。在兩端裂紋終止,可見內(nèi)壁裂紋長度大于外壁裂紋長度,說明裂紋由內(nèi)壁產(chǎn)生,且破口粗糙,斷面較平整,呈脆性斷裂特征。由此可初步判定泄漏主要原因是管子內(nèi)壁存在裂縫造成。

圖1 低溫過熱器管排結(jié)構(gòu)圖

圖2 第一次泄漏口形貌

第二次爆管宏觀形貌,爆口張口較大,爆口邊緣沒有減薄,斷口表面比較平齊。爆口上部管段發(fā)生斷裂,管子發(fā)生較大變形,外壁呈青藍色,見圖3。爆口及其附近管子內(nèi)壁存在許多平行于軸向的小裂紋,且裂紋兩端延伸部分筆直,內(nèi)外壁未見明顯氧化皮,見圖4。

圖3 第二次爆口形貌

圖4 第二次爆管內(nèi)壁形貌

第三次爆管宏觀形貌見圖5,管徑無明顯脹粗,爆口粗鈍,邊緣無減薄。爆口呈脆性特征明顯,斷口表面靠外壁處有明顯的剪切唇,剪切唇約2mm,其余斷面比較平齊,并且在兩端裂紋終止處,與第一次爆管一樣均存在內(nèi)壁開裂長度大于外壁開裂長度的現(xiàn)象,內(nèi)壁存在許多肉眼可見的平行于軸向的直道。

圖5 第三次爆口形貌

圖6 管內(nèi)壁直道形貌

2 低溫過熱器爆管微觀分析

3 次爆管及其鄰管金相組織為鐵素體+珠光體和鐵素體+珠光體+貝氏體。爆管及其鄰管內(nèi)壁均有深淺不一的直道和微裂紋,見圖6,部分直道及裂紋內(nèi)可觀察到氧化物,個別直道由內(nèi)向外壁方向擴展為微裂紋。圖7為第三次爆管斷口靠近內(nèi)壁處存的脫碳形貌,其脫碳層深約0.5mm。

圖8 第三次爆口斷面電鏡圖

圖7 第三次爆管爆口處脫碳層形貌

把第三次爆管的斷口做電鏡分析,從圖8中可見距基側(cè)為外壁,從外壁往內(nèi)壁方向走約1 mm存在若干條與內(nèi)壁大致平行的臺階 (圖中的淺色條帶)。斷面絕大部分區(qū)域平坦,靠近外壁的左側(cè)淺色區(qū)域為韌窩形貌,系最后斷裂的剪切唇?？拷鼉?nèi)壁有較厚的氧化層,氧化較嚴重。

第三次爆管后進行了擴大性割管檢查,對29個試樣進行金相分析,其中有17個試樣明顯可見內(nèi)壁存在直道、微裂紋等缺陷,且缺陷數(shù)量較多。并對導(dǎo)波技術(shù)檢出的缺陷管進行驗證,均存在程度不同的內(nèi)壁直道、微裂紋等缺陷。

3 低溫過熱取樣管性能分析

從第一次泄漏管上取3根力學性能標樣進行常溫力學性能試驗,表1中試驗結(jié)果表明,力學性能雖在GB 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》的合格范圍之內(nèi),但是同一根管子上不同圓弧面試樣的抗拉強度、下屈服點、上屈服點差別都很大,說明該取樣管力學性能很不均勻。

表1 泄漏管力學性能

對第二次帶有爆口的下部管段和未發(fā)生爆破的鄰管取樣進行常溫力學性能試驗分析,抗拉強度和斷面伸長率均滿足國家標準GB 5310—2008的要求。

第三次爆管因割下的管子均被吹損無法加工性能試驗試樣,未進行性能試驗。

4 低溫過熱器取樣管化學分析

3 次爆管取樣所做的化學分析結(jié)果均符合國家標準GB 5310—2008中對12Cr1MoV鋼的成份要求,排除錯用材質(zhì)的可能。

5 爆管原因分析

a)原始制造缺陷產(chǎn)生的原因。低溫過熱器所用管材均為冷拔管,冷拔管是依靠外模和芯棒經(jīng)多道次拔制變形而成。拔制中,管坯內(nèi)、外表面與外模和芯棒之間發(fā)生的摩擦是滑動摩擦。當模具被拉毛、拉裂或粘有金屬時,拔后造成鋼管表面損傷,形成沿軸向呈直線狀長短不一的劃痕或凹坑,在后續(xù)拔制成型時變細或貼合,形成直道類線性缺陷。

b)從3次爆管的爆口形貌及其斷口、管內(nèi)壁眾多的軸向直道和裂紋看出,管子爆破是因管內(nèi)壁存在較深的與管子的冷拔 (軋)制方向一致、數(shù)量較多的直道或裂紋所致。

c)靠近內(nèi)壁的斷口邊緣組織存在的脫碳現(xiàn)象,說明爆管是由于原始管子存在嚴重的缺陷所致。

d)斷口掃描電鏡分析結(jié)果,斷口面靠近內(nèi)壁約1mm寬的狹長區(qū)域為原始裂紋區(qū)域,進一步說明管子存在原始制造缺陷。

e)宏觀、微觀觀察跡象均說明,爆管原因是原材料管子內(nèi)表面存在深度約1mm左右的原始縱向裂紋,經(jīng)運行后裂紋不斷擴展,當應(yīng)力超過管子剩余壁厚承載的極限應(yīng)力時導(dǎo)致爆管。

6 低溫過熱器管超聲波導(dǎo)波技術(shù)檢查結(jié)果

大同第二發(fā)電廠委托沈陽金聯(lián)電力科技有限公司人員用超聲導(dǎo)波檢查儀器,對9號爐后豎井泄漏部位的低溫過熱器上組管排 (12Cr1MoV管材)進行了全面檢查。查出有問題的管材進行解剖,并做金相分析,確認缺陷超標。經(jīng)對水平管和垂直管段(12Cr1MoV管材)進行全面導(dǎo)波檢查,發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁大于0.3mm缺陷占檢驗數(shù)量的30%左右,檢驗發(fā)現(xiàn)0.2 mm刻槽當量以上缺陷占檢驗數(shù)量的35%左右。

依據(jù)超聲導(dǎo)波儀器檢查結(jié)果,結(jié)合目前9號爐的實際情況和現(xiàn)有儲備管材的數(shù)量,先更換了部分缺陷嚴重超標的管段。為了徹底消除低溫過熱器管的爆漏隱患,決定選擇適當時機,把低溫過熱器上組管全部更換。

7 結(jié)論及建議

低溫過熱器管用材無誤,樣管的化學成分滿足標準要求,室溫常規(guī)力學性能在正常范圍。引起低溫過熱器管頻繁失效的直接原因是原材料管子內(nèi)表面存在深度1 mm左右的原始縱向裂紋和線性缺陷,經(jīng)運行后裂紋和線性缺陷不斷擴展,當應(yīng)力超過管子剩余壁厚承載的極限應(yīng)力時所致。

根據(jù)探傷原理,引起爆管的縱向缺陷采用超聲波檢測技術(shù)應(yīng)該能夠控制,漏檢原因是鋼管廠超聲波執(zhí)行不嚴格,探傷檢測控制不當,或探傷發(fā)現(xiàn)缺陷,但沒有進行有效分選隔離,導(dǎo)致缺陷管流入設(shè)備廠,而設(shè)備廠在入廠進行的5%渦流探傷時未能抽檢到,缺陷管進入了制造工序,而組成的管排在打水壓時又未發(fā)現(xiàn)缺陷管,最終流入生產(chǎn)現(xiàn)場導(dǎo)致爆管頻繁發(fā)生。

a)加強管材制造過程中的工藝監(jiān)督,嚴把產(chǎn)品出廠試驗、檢驗關(guān)。

b)加強監(jiān)造方駐制造廠監(jiān)造人員在設(shè)備制造過程中和出廠前的監(jiān)督旁站,嚴把產(chǎn)品制造過程中的質(zhì)量關(guān)。

c)使用單位應(yīng)加強對設(shè)備監(jiān)造單位和人員的監(jiān)管,關(guān)鍵監(jiān)造點見證到位。

Analysis on Frequent Failure of Low-tem perature Superheater Pipe

GUO Tao,HUANG Gang
(Datong NO.2 Generation Plant of GD Power Development CO.,LTD,Datong,Shanxi 037043,China)

Through the analyses on the frequent leakage of low-temperature superheater pipe and expanded inspection,it is concluded that frequent pipeexp losion attributes to the pipe'original defects inmanufacture,in view of which,suggestions are put forw ard to avoid the defects in manu facturing and prevent the unqualified pipe being installed.

low-tem perature superheater pipe;original defects in manufacture;straight part inside pipe w all

TK 223.3+2

A

1671-0320(2010)05-0050-03

2010-06-22,

2010-07-27

郭 滔 (1974-),男,山西原平人,2008年畢業(yè)于太原理工大學熱能動力工程專業(yè),工程師,從事焊接、熱處理、金屬檢驗專業(yè)工作;

黃 鋼 (1966-),男,江蘇丹陽人,2008年畢業(yè)于太原理工大學熱能動力工程專業(yè),工程師,從事焊接、熱處理、金屬檢驗專業(yè)工作。