張曉昱，孫 濤，柯 浩，王 強(qiáng)， 歐陽杰

(河北省電力研究院，石家莊 050021)

1 故障概況

某火電廠600 MW機(jī)組超臨界參數(shù)變壓直流鍋爐，系一次再熱、單爐膛、尾部雙煙道、采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、平衡通風(fēng)、半露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Ⅱ型鍋爐。于2008年6月1日投入運(yùn)行，2010年1月28日發(fā)現(xiàn)屏式過熱器泄漏，緊急停爐，并對爆管及其附近管排進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)爆口位于屏式過熱器前屏左數(shù)第4屏下數(shù)第4根下彎頭內(nèi)弧側(cè)。該批屏式過熱器管材質(zhì)為TP347H鋼，規(guī)格為φ45 mm×11 mm，截至此次泄漏停機(jī)，累計(jì)運(yùn)行時間僅為1萬余h。為掌握爆管原因，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性，通過外觀檢查以及割管采樣后進(jìn)行的化學(xué)成分分析、力學(xué)性能分析及金相組織檢驗(yàn)，結(jié)合對屏式過熱器不同部位割管的內(nèi)表面觀察和歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，對屏式過熱器爆管原因進(jìn)行分析。

2 原因分析

2.1 外觀檢查

爆口處(見圖1、2)存在明顯的沖刷痕跡，泄漏點(diǎn)有3處，直徑分別為9 mm、2 mm、3 mm，為沖刷減薄所形成，該部位無明顯脹粗。另外，在內(nèi)弧側(cè)外表面還發(fā)現(xiàn)了沿管段軸向發(fā)展的裂紋，根據(jù)初步分析結(jié)果，在泄露的前屏左數(shù)第4屏下數(shù)第4根彎頭處進(jìn)行取樣(見圖3)。

圖1 爆管外觀(前屏左數(shù)第4屏下數(shù)第4根下彎頭)

圖2 爆管漏點(diǎn)(前屏左數(shù)第4屏下數(shù)第4根下彎頭內(nèi)弧側(cè))

圖3 前屏左數(shù)第4屏下數(shù)第4根取樣位置(單位：mm)

對上述取樣進(jìn)行詳細(xì)的外觀檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)生爆管的前屏左數(shù)第4屏下數(shù)第4根的金相1及金相3試樣(彎頭爐后方向)內(nèi)壁存在嚴(yán)重的重皮，最大重皮厚度為2.8 mm,見圖4。此原始缺陷在應(yīng)力作用下沿徑向由內(nèi)壁向外壁擴(kuò)展，最嚴(yán)重處已穿透整個壁厚，見圖5。

圖4 爆管內(nèi)壁重皮

圖5 貫穿壁厚的裂紋

根據(jù)上述情況，又對該批管段進(jìn)行了擴(kuò)大檢查，分別在相鄰位置的前屏左數(shù)第4屏下數(shù)第3根、第5根、第6根取樣，未發(fā)現(xiàn)重皮缺陷。

2.2 化學(xué)成分分析

對不同部位割管的化學(xué)成分進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表1，其化學(xué)成分均符合ASME-SA213M標(biāo)準(zhǔn)中TP347H鋼的成分要求。

表1 爆管化學(xué)成分分析結(jié)果 %

2.3 金相組織檢驗(yàn)

前屏左數(shù)第4屏下數(shù)第4根下爆口邊緣彎頭內(nèi)弧側(cè)金相組織為奧氏體，晶界及晶內(nèi)可見細(xì)小碳化物析出，組織輕度老化，內(nèi)壁氧化皮厚度達(dá)70 μm，見圖6；爆口對側(cè)(彎頭外弧側(cè))金相組織為奧氏體，晶界及晶內(nèi)可見細(xì)小碳化物析出，組織輕度老化，見圖7。對前屏左數(shù)第4屏下數(shù)第4根距彎頭爆口220 mm處的爐后及爐前方向分別取樣(圖3中金相2及金相3)進(jìn)行金相檢驗(yàn)，其金相組織與發(fā)生泄漏的彎頭處相比無明顯差異，見圖8。通過對相鄰位置左數(shù)第4屏下數(shù)第3根、第5根、第6根彎頭處進(jìn)行了金相檢驗(yàn)，其典型組織見圖9，為奧氏體組織，晶內(nèi)外均可見碳化物析出。

圖6 前屏左數(shù)第4屏下數(shù)第4根彎頭爆口邊緣(內(nèi)弧側(cè))金相組織

圖8 前屏左數(shù)第4屏下數(shù)第4根距彎頭爆口220 mm處(爐后方向)金相組織

圖9 前屏左數(shù)第4屏下數(shù)第5根彎頭處金相組織

2.4 常溫拉伸試驗(yàn)

對發(fā)生泄漏的前屏左數(shù)第4屏下數(shù)第4根直管段及其相鄰管段前屏左數(shù)第4屏下數(shù)第3根直管段分別取樣進(jìn)行常溫拉伸實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果均符合ASME-SA213M標(biāo)準(zhǔn)中TP347H鋼的標(biāo)準(zhǔn)要求。力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

綜上可知，電廠5號爐屏式過熱器取樣的化學(xué)成分及常溫力學(xué)性能均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；在微觀組織方面，爆口處金相組織與其他部位相比無太大差異，其金相組織均為奧氏體，晶內(nèi)外可見碳化物析出，組織輕度老化，該批管段在組織性能方面未出現(xiàn)明顯劣化現(xiàn)象。因此，該批TP347H鋼材質(zhì)量不是造成此次爆管的根本原因。而屏式過熱器左數(shù)第4屏下數(shù)第4根內(nèi)壁存在嚴(yán)重的重皮現(xiàn)象，此為原始制造缺陷，在機(jī)組運(yùn)行過程中，該原始缺陷在應(yīng)力作用下形成初始裂紋，并沿徑向由內(nèi)壁向外壁擴(kuò)展，最終導(dǎo)致穿透整個壁厚，引起此處管段漏氣，泄漏的蒸汽將臨近管段沖刷泄漏，臨近管段反之又沖刷到前屏左數(shù)第4屏下數(shù)第4根下彎頭處，并在其內(nèi)弧側(cè)形成多處泄漏點(diǎn)。

3 結(jié)論及建議

通過對屏式過熱器割管進(jìn)行的化學(xué)成分分析、分析力學(xué)性能分析、金相組織檢驗(yàn)及不同部位的內(nèi)外表面觀察，認(rèn)為屏式過熱器個別部位存在嚴(yán)重的原始制造缺陷是造成此次事故停機(jī)的主要原因。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近年來，隨著我國火力發(fā)電機(jī)組的超常規(guī)快速發(fā)展，在新建火力發(fā)電機(jī)組早期爐管失效案例中，由于原始制造缺陷所導(dǎo)致的失效事故所占比例呈明顯上升趨勢，1999年，由于原始缺陷導(dǎo)致的爆管事故占爐內(nèi)受熱面管失效案例的19.2%， 2007年該數(shù)據(jù)已上升至33.6%[1]，以上數(shù)據(jù)充分說明了此問題的嚴(yán)重性。因此，必須采取切實(shí)可行的措施加強(qiáng)對新建機(jī)組受熱面管的監(jiān)督抽查，保障機(jī)組安全運(yùn)行。

目前，在新機(jī)組安全性能檢驗(yàn)方面，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)，建議重點(diǎn)進(jìn)行以下工作：在制造階段介入，進(jìn)制造廠進(jìn)行制造工藝審核及現(xiàn)場抽檢；對可疑管段采用內(nèi)窺鏡進(jìn)行內(nèi)表面檢查；增加受熱面管測厚范圍及數(shù)量；必要時進(jìn)行割管檢查，另外對出現(xiàn)該問題的制造廠提高檢查比例[2]。通過上述工作的開展，可降低由于原始制造缺陷導(dǎo)致的爐管失效事故，在一定程度上提高機(jī)組安全運(yùn)行的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李彥林．鍋爐熱管失效分析及預(yù)防[M].北京：中國電力出版社，2007．

[2] 張清峰，陳英濤．鍋爐四管泄露的規(guī)律及防范措施[J]．華北電力技術(shù)，2004(11)：47-51．