劉金秋,張丙法,肖世榮
(1.山東大學(xué),山東 濟(jì)南 250061;2.山東電力研究院,山東 濟(jì)南 250002)
某電廠3號機(jī)組采用哈鍋廠HG465/13.7LPPM7L型號循環(huán)硫化床鍋爐,與135 MW等級汽輪發(fā)電機(jī)組相匹配,于2003年8月31日投產(chǎn)。該鍋爐Ⅱ級過熱器管屏于2006年3月21日、6月26日、8月20日連續(xù)發(fā)生3次爆管,導(dǎo)致短時間內(nèi)3次非正常停機(jī),直接影響到機(jī)組的安全和連續(xù)運行。該過熱器位于燃燒室中上部,由8片屏式過熱器組成,管屏為膜式壁。管屏下部為防磨澆注防磨料,澆注料上部直管段部分有400 mm的堆焊防磨層,管屏采用管子規(guī)格為φ51×5.5,材質(zhì)為12 Cr1MoV,3次爆管位置均發(fā)生于堆焊防磨層處,圖1所示。
圖1 二級過熱器管屏結(jié)構(gòu)
3月21日爆管發(fā)生于A側(cè)爐膛北數(shù)第1屏東數(shù)第4根管子,原始爆口位于Ⅱ級屏式過熱器澆注料以上防磨堆焊層處,爆口沿縱向開裂,長50 mm,最寬處3 mm,圖2所示。6月26日產(chǎn)生裂紋泄露的管子與3月21日爆管的管子為同一根管子,裂紋于堆焊層焊波之間,沿縱向開裂,長60 mm,最寬處4 mm,圖3所示。8月20日爆管發(fā)生于A側(cè)爐膛北數(shù)第4屏東數(shù)第6根管子,爆口位于防磨堆焊層處,爆口沿縱向開裂,長90 mm,最寬處4 mm圖4、圖5所示。從宏觀檢查看3次爆管發(fā)生于同一位置,均為防磨堆焊層處,爆口周圍無明顯脹粗,防磨堆焊層上方的管段氧化皮較薄,裂紋起源于堆焊熱影響區(qū),由外向內(nèi)發(fā)展。宏觀分析該堆焊層,表面截面突變較大,可見焊接規(guī)范較大,易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力,且易對管子表面產(chǎn)生損傷,導(dǎo)致裂紋或其它微觀缺陷的產(chǎn)生。
圖2 3月21日爆口宏觀
圖3 6月26日爆口宏觀
圖4 8月20日爆口宏觀
圖5 8月20日爆口附近25×
對8月20日爆管進(jìn)行金相分析,對爆口處和爆口上方200 mm光管處進(jìn)行分析,圖6、圖7所示。爆口上方200 mm光管處貝氏體保持原有的區(qū)域形態(tài),內(nèi)部開始分散,但仍較致密,依據(jù)DL773-2001標(biāo)準(zhǔn),球化評級為2級,組織正常,說明該過熱器無過熱現(xiàn)象。爆口處的組織僅有少量貝氏體和珠光體,區(qū)域顯著分散,碳化物呈小球狀,部分碳化物分布在晶界,球化評級3~4級,說明防磨堆焊層下基體有過熱現(xiàn)象,該處過熱是由于防磨堆焊造成的。
圖6 二級過爆口上200mm橫截面金相組織200×
圖7 二級過爆口處橫截面金相組織500×
對于該過熱器管屏,由于結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)、裂紋起源的位置等原因無法采取常規(guī)檢驗方法檢查其余管子是否存在裂紋或其它微觀缺陷,因此采用磁記憶檢驗方法對管屏應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行檢查,檢查發(fā)現(xiàn)A側(cè)爐膛北數(shù)第1屏到第4屏部分管子堆焊層部位存在較大應(yīng)力集中,應(yīng)力達(dá)到危險程度。該管屏為懸掛狀態(tài),管壁自由膨脹,可認(rèn)為堆焊層部位的較大應(yīng)力來源于焊接堆焊層時的殘余應(yīng)力。
該鍋爐為循環(huán)硫化床鍋爐,為防磨該管屏下部有防磨澆注料覆蓋,澆注料向上有400 mm的防磨堆焊層。從近3年的運行上看,該管屏所處部位為燃燒顆粒稀相區(qū),爐膛顆粒對管子實際磨損較?。ǘ押笇硬课簧喜康墓夤苣p極?。虼思佣押阜滥右饬x并不大。
綜上分析,該管屏不存在超溫現(xiàn)象,分析認(rèn)為焊接工藝或焊接操作不當(dāng)(基體有過熱現(xiàn)象)產(chǎn)生微觀缺陷,在較大焊接應(yīng)力、熱應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力等作用下,微觀缺陷發(fā)展,形成裂紋源;宏觀分析該堆焊層,表面截面突變較大,可見焊接規(guī)范較大,易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力,該焊接殘余應(yīng)力為裂紋擴(kuò)展的主要應(yīng)力。因此,焊接工藝不當(dāng)產(chǎn)生裂紋源,在較大的焊接殘余應(yīng)力下,由外向內(nèi)發(fā)展,裂紋擴(kuò)展,最終導(dǎo)致爆管。
考慮到該管屏所處部位為稀相區(qū),爐膛顆粒對管子實際磨損較小,加堆焊防磨層意義并不大。并且爆管的裂紋源是由于不當(dāng)?shù)暮附庸に囈鸬?,因此采取對爆口管子和磁記憶檢查發(fā)現(xiàn)存在較大應(yīng)力的管子直接換成同規(guī)格、同材質(zhì)光管的措施,從根本上消除裂紋源,保證機(jī)組安全運行。
對Ⅱ級過熱器管屏采取更換光管的措施后,至今該管屏未發(fā)現(xiàn)問題,避免了非正常停機(jī)造成的損失。采用磁記憶檢查方法對管屏應(yīng)力大小進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)危險部位,是一種快速便捷的方法。因裂紋源產(chǎn)生于原始堆焊區(qū),因此在以后運行中,存在焊接損傷的管子仍然存在爆管的可能,因此應(yīng)加強(qiáng)對管屏的應(yīng)力檢查,及時更換應(yīng)力達(dá)到危險程度的管子,保證機(jī)組的安全連續(xù)運行。