袁燕明 張繼文

（汕尾電廠，廣東 汕尾 516623）

1、情況簡(jiǎn)介

2009年9月25日，汕尾電廠1號(hào)鍋爐發(fā)生爐內(nèi)爆管。停爐后發(fā)現(xiàn)屏式過(guò)熱器第8屏前屏外往內(nèi)數(shù)第6根管（A8-6）的出口段距離頂棚約1米處有一爆口，與此同時(shí)，此管出口段靠近出口分配聯(lián)箱約100mm處的管座處亦有一爆口，兩個(gè)爆口相距約3米。

汕尾電廠1號(hào)鍋爐型式為DG1950/25.4-Ⅱ2，為東方鍋爐廠制造生產(chǎn)的超臨界本生直流爐。鍋爐的屏式過(guò)熱器布置在爐膛正上方，從爐膛的左右兩側(cè)通過(guò)屏過(guò)進(jìn)口混合集箱向15屏分配集箱輸送介質(zhì)，每屏分兩路進(jìn)出，進(jìn)口額定溫度437℃，壓力25.9MPa，出口額定溫度為518℃，壓力25.8MPa。機(jī)組于2008年1月27日正式投入商業(yè)運(yùn)行，至2009年9月25日，鍋爐累計(jì)運(yùn)行14108小時(shí)，啟停11次。

2、爆口宏觀檢查情況

（1）爐膛內(nèi)爆口（爆口1）：屏過(guò)第8屏前屏外往內(nèi)數(shù)第6根管（A8-6）的出口段距離頂棚約1米。材質(zhì)：SA213-TP347H；規(guī)格：φ45×10.8。T347H爆管的宏觀形貌（如圖2）：

1）爆口處呈塑性薄唇狀張開(kāi)，開(kāi)口很大，幾乎呈十字狀，爆口尺寸180×100mm。

圖1 屏式過(guò)熱器結(jié)構(gòu)圖

2）爆口處管子周長(zhǎng)變化很大，管壁塑性變形嚴(yán)重。

3）爆口處外側(cè)不存在明顯的氧化皮，也沒(méi)有與主裂紋平行的微小裂紋。

圖2 T347H爆口宏觀形貌

圖3 T91爆口宏觀形貌

4）管壁厚度由焊口至爆口逐漸減薄。

（2）爐外大罩內(nèi)爆口（爆口2）：屏過(guò)A8-6管與出口分配集箱相連的管座距離聯(lián)箱100mm處，材質(zhì) SA213-T91；規(guī)格：φ45×10.8。

T91爆口宏觀形貌（如圖3）：1）爆口處裂紋呈脆性唇狀張開(kāi)，開(kāi)口不大，爆口尺寸約為40mm×4mm。2）爆口處管子周長(zhǎng)變化不大，管壁幾乎沒(méi)有減薄。3）爆口處外側(cè)存在較厚的氧化皮。4）爆口周圍有與主裂紋平行的縱向成束裂紋群。

（3）對(duì)爆口所在的屏過(guò)進(jìn)口分配集箱進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查，發(fā)現(xiàn)集箱內(nèi)有環(huán)狀異物，周長(zhǎng)106；直徑34；材質(zhì)為：P12；基本可以判定為低溫過(guò)熱器出口集箱管控加工時(shí)殘留的鐵屑。對(duì)第8屏前屏受熱面的下彎頭 A8-1、A8-2、A8-3、A8-4、A8-10、A8-14射線檢查，未發(fā)現(xiàn)有異物或氧化皮堆積的信號(hào)。

3、爆口試驗(yàn)分析

測(cè)量位置 ① ② ③ ④ ⑤ 平均值TP347H爆口處 151 145 141 143 147 145 TP347H爆口背面 178 181 175 179 180 178 T91爆口處 132 129 136 131 134 132備注：硬度測(cè)量選用布氏硬度（HB）

（1）對(duì)爆口附近管子進(jìn)行硬度檢查，具體結(jié)果如下（表1）：（2）材料的化學(xué)成分。從材質(zhì)為TP347H、SA-213T91的爆管上分別割取長(zhǎng)約10*10mm2的小塊樣品，并打磨出一個(gè)小平面進(jìn)行化學(xué)成分分析，具體結(jié)果如下表所示。

從表2可以看出，材質(zhì)為T347H的屏式過(guò)熱器管，各元素含量在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)；從表3可出SA-213T91管除N元素含量為零，低于標(biāo)準(zhǔn)值外，其它各元素含量在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。

（3）金相組織分析

從TP347H和T91管上分別切取基體樣品和爆口區(qū)樣品作為金相分析用試樣。對(duì)試樣的橫截面進(jìn)行機(jī)械研磨、拋光后，用王水浸蝕，將制備好的金相試樣于金相顯微鏡下進(jìn)行組織觀察與評(píng)定。

表2 TP347H屏式過(guò)熱器管的化學(xué)成分分析結(jié)果

表3 T91屏式過(guò)熱器管的化學(xué)成分分析結(jié)果

1）TP347H的金相組織。由圖4可以看出，基體夾雜物為顆粒狀，沒(méi)有帶狀?yuàn)A雜物。夾雜物等級(jí)為1級(jí)。從圖5可看出，TP347H管的金相組織為奧氏體+大量晶界析出物+少量晶內(nèi)析出物。與此同時(shí)，對(duì)同批次沒(méi)有使用的原始管件進(jìn)行微觀組織分析，未發(fā)現(xiàn)有大量的晶界析出物。同圖5的基體組織相比，圖6的晶粒有一定程度的變形拉長(zhǎng)，同時(shí)組織中有大量的類似孔洞的黑色組織，特別是靠近爆口處這種黑色組織更加明顯。觀察管件爆口處的宏觀形貌可

圖4 TP347H管基體的夾雜物形貌（拋光態(tài)）500X

圖5 TP347H管基體的金相組織（王水浸蝕）500X

以看到，爆口處變形很大，徑向明顯變粗很多，因此爆口處橫向（徑向）微觀組織上的晶粒變形拉長(zhǎng)與其宏觀變形的特征是一致的。

同圖6相比，圖7中晶粒變形不明顯，但組織中同樣有大量的類似孔洞的黑色組織，特別是靠近爆口處這種黑色組織更加明顯。觀察管件爆口處的宏觀形貌可以看到，爆口處雖然變形很大，但主要體現(xiàn)在徑向，軸向變形不是很大，因此爆口處微觀組織在縱向晶粒變形不明顯。

圖6 遠(yuǎn)離爆口邊緣金相組織 500X

圖7 遠(yuǎn)離爆口邊緣金相組織 500X

2）T91管的金相組織分析。從圖8可看出，A8-6爆管遠(yuǎn)離爆口的基體的金相組織回火索氏體，老化等級(jí)為2級(jí)，為等軸晶。從圖9可以看出，靠近爆口的基體的金相組織鐵素體+粒狀碳化物，老化等級(jí)達(dá)4級(jí)，晶粒被明顯拉長(zhǎng)，并且裂紋前端的晶界有被氧化的痕跡。

3)疑難組織的SEM觀察和能譜成分分析

對(duì)于TP347爆口處大量的類似孔洞的黑色組織，在金相顯微鏡下對(duì)其凹凸特征分辨不清，為進(jìn)一步確定其孔洞的特征，我們對(duì)其進(jìn)行了掃描電鏡觀察與分析。同時(shí)，基體組織中大量晶界析出物組織也不符合常規(guī)，因此也對(duì)其進(jìn)行了掃描電鏡觀察與分析。圖10為爆口處組織的低倍SEM形貌，圖中左側(cè)為爆口邊緣。圖11為圖10中左側(cè)爆口區(qū)的局部放大。可見(jiàn)金相顯微鏡下看到的黑色區(qū)域在掃描低電鏡下觀察時(shí)為明顯的孔洞，說(shuō)明金相顯微鏡下看到的黑色區(qū)域確實(shí)為高溫應(yīng)力條件下運(yùn)行形成的蠕變孔洞。

圖8 靠近爆口附近基體的金相組織500X

圖9 爆口裂紋尖端的金相組織 500X

4、爆管原因分析。

（1）T91管材化學(xué)元素分析中N含量為0，而N元素為T91中的重要元素，N元素的缺少導(dǎo)致了管子強(qiáng)度的減小，其高溫性能降低，容易使其成為超溫爆管的薄弱環(huán)節(jié)。（2）從爆口1處形成的大量蠕變孔洞可以初步判斷，TP347H管發(fā)生爆管的主要原因是長(zhǎng)時(shí)高溫過(guò)熱引起的蠕變開(kāi)裂。不過(guò)TP347H爆管的宏觀形貌觀察中并沒(méi)有在爆口處發(fā)現(xiàn)明顯的氧化皮，而爆口處明顯的氧化現(xiàn)象是通常的長(zhǎng)時(shí)高溫過(guò)熱的典型宏觀特征。因此，此次爆管有其一定的特殊性。（3）按照目前爆口1看到的微觀組織和晶界析出物的程度，材料的老化等級(jí)已經(jīng)達(dá)到5級(jí)。通過(guò)對(duì)同批次管材金相組織的分析對(duì)比，晶界析出物的形成是應(yīng)該是由于運(yùn)行時(shí)的高溫過(guò)熱造成的老化組織，與爆管是由于長(zhǎng)時(shí)高溫過(guò)熱引起的蠕變開(kāi)裂的結(jié)論是一致的。（4）從焊口前后對(duì)比觀察，從焊口至爆口是逐漸減薄，說(shuō)明爆口1管子的減薄是超溫過(guò)熱后蠕脹引起。（5）從爆口2宏觀形貌特征可知，爆口處裂紋呈脆性唇狀張開(kāi)，開(kāi)口不大；爆口處管子周長(zhǎng)變化不大，管壁幾乎沒(méi)有減??；爆口處外側(cè)存在較厚的氧化皮及平行的縱向成束裂紋群。結(jié)合微觀組織上爆口處組織老化嚴(yán)重的特征，認(rèn)為爆口2屬長(zhǎng)時(shí)高溫過(guò)熱造成，過(guò)熱溫度低于相變點(diǎn)，但時(shí)間較長(zhǎng)。（6）分析認(rèn)為爆口2發(fā)生泄漏前，受到由于蒸汽壓力聚變所產(chǎn)生的沖擊力，此沖擊力與及作用位置與當(dāng)時(shí)工況及所處位置有關(guān)。

圖10 爆口處的低倍形貌（左側(cè)為爆口邊緣）75X

圖11 圖10左側(cè)爆口區(qū)的局部放大 2000x

綜上所述，A8-6管發(fā)生“一管兩爆”，判斷為爐內(nèi)TP347H先爆漏再引發(fā)T91泄漏，原因及過(guò)程如下：異物進(jìn)入A8屏過(guò)進(jìn)口分配集箱內(nèi)，堵塞屏過(guò)進(jìn)口管管孔，管內(nèi)蒸汽流量減少，首先在對(duì)應(yīng)管A8的出口T91管段長(zhǎng)期超溫（超過(guò)T91的極限使用溫度620℃，低于TP347H的極限使用溫度650℃），力學(xué)性能下降。由于A8-6管孔進(jìn)口處異物未固定，隨機(jī)狀態(tài)；當(dāng)異物堵塞在某一位置時(shí)，A8-6蒸汽流量大大減少，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)TP347H超溫，在爐內(nèi)出口管段首先爆漏。TP347H爆漏處，蒸汽壓力急劇下降為0；同時(shí)泄漏點(diǎn)至屏過(guò)出口分配集箱管內(nèi)蒸汽倒流。出口段蒸汽壓力變化迅速，同時(shí)流體的慣性，管內(nèi)壓力發(fā)生劇烈波動(dòng)，形成水錘沖擊，再加上T91管因長(zhǎng)期過(guò)熱造成機(jī)械性能下降，在A8－6管座出口處（倒流后變?yōu)檎羝隹冢╅_(kāi)裂。

5、處理措施

（1）更換爆漏的管子，待機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)，全面檢查屏過(guò)進(jìn)口、高過(guò)進(jìn)口及高再進(jìn)口集箱的內(nèi)部清潔度，盡可能避免此類事故再次發(fā)生。

（2）T91成分與標(biāo)準(zhǔn)不符，機(jī)組檢修時(shí)，對(duì)大罩內(nèi)所有的T91管座、彎頭進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)有發(fā)藍(lán)的進(jìn)行硬度檢查，將硬度值不符合要求的管子全部更換。

（3）做好超溫記錄分析，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)做好檢查處理措施。

[1]王孟浩等.《電廠1000t/h直流鍋爐高溫過(guò)熱其超溫爆管的試驗(yàn)分析》.《鍋爐技術(shù)》,1987.

[2]楊建菊等.《屏式過(guò)熱器爆管原因分析》.《熱力發(fā)電》，2007.