李俊超，林?。?廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司，廣東湛江54033；.湛江電力有限公司，廣東湛江54099）

生物質(zhì)電廠高溫過(guò)熱器爆管原因分析

李俊超1，林丁2
（1.廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司，廣東湛江524033；2.湛江電力有限公司，廣東湛江524099）

通過(guò)對(duì)生物質(zhì)電廠高溫過(guò)熱器爆管進(jìn)行金相分析，發(fā)現(xiàn)高溫過(guò)熱器管存在不同程度的晶間腐蝕，而爆漏彎頭由于晶粒粗大，加速了晶間腐蝕速率。針對(duì)此問(wèn)題提出了進(jìn)一步開(kāi)展防腐試驗(yàn)的建議。

生物質(zhì)鍋爐；316不銹鋼；金相分析；晶間腐蝕

0　前言

某臺(tái)50MW純燒生物質(zhì)循流化床鍋爐，鍋爐型號(hào)為HX220/9.81-IV1，額定溫度540°C，額定壓力9.8MPa，于2011年投產(chǎn)。高溫過(guò)熱器采用材質(zhì)為316不銹鋼管，規(guī)格為?38mm×5mm。于2014年5月3號(hào)發(fā)生過(guò)熱器爆管事故。為找出爆管原因所在，進(jìn)行了以下爆管區(qū)域檢查分析及割樣管做金相分析。

1　事件概況

2014年4月25日晚上21:00點(diǎn)火，26日凌晨3:43并網(wǎng)。

2014年5月3日上午17:33，鍋爐爐膛持續(xù)正壓，負(fù)荷快速下降，汽機(jī)補(bǔ)水增大，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)鍋爐B側(cè)頂棚有汽冒出且爐內(nèi)有泄漏聲，判斷存在爆管。18:06打閘停機(jī)。

2014年5月5日上午查出高溫過(guò)熱器B側(cè)數(shù)第14屏至19屏存在爆管。

2014年5月8日換管完畢，更換高溫過(guò)熱器管43根，共計(jì)90個(gè)焊口。

2　檢查情況

（1）后墻水冷壁、屏式過(guò)熱器未見(jiàn)爆漏點(diǎn)，屏、高過(guò)間松動(dòng)風(fēng)風(fēng)帽未見(jiàn)穿孔、脫落。高溫過(guò)熱器爆漏區(qū)域集中在靠近底部彎頭的管屏下部（標(biāo)高約32m），需更換管子43根，其中出現(xiàn)爆口的管子22根，減薄超標(biāo)的管子21根。

（2）高溫過(guò)熱器檢查情況：除17-8下彎頭的爆口外，共21根管存在不同形狀、大小的爆口，幾乎所有爆口周?chē)芡獗跍p薄明顯。無(wú)論爆口是窄長(zhǎng)或?qū)捒谛螤?，其邊緣鋒利。判斷爆口是管壁受沖刷減薄而爆。15-9整根直管受爆口噴出蒸汽的反向作用力，嚴(yán)重變形出列，其從原管屏位置偏移至16-9與17-10的管屏間。

（3）17-8下彎頭爆口檢查情況（見(jiàn)圖1）：管爆口周?chē)鷥?nèi)、外壁無(wú)蒸汽沖刷減薄現(xiàn)象，爆口邊緣鈍厚，呈切割狀，爆口部位有輕微脹粗，此爆口為初始爆口。

（4）為進(jìn)一步分析爆管原因，取4-7直管部位、16-7直管及彎頭、16-10直管、17-8直管、17-9彎頭及爆口共7處樣管做金相分析。

圖1　17-8下彎頭爆口

1）爆口宏觀檢查

爆口位于管子的彎頭部位，爆口張口不大，邊緣較鈍，為脆性斷裂，斷口見(jiàn)圖3，除爆口部位管子發(fā)生脹粗外，整根管子無(wú)脹粗，全部管子明顯減薄，向火側(cè)較為嚴(yán)重，管子的規(guī)格為?38×5，管子的減薄量見(jiàn)表1（16-7、17-9彎頭被蒸汽吹?。?/p>

表1　管子的減薄量

2）管子材料檢驗(yàn)

管子材料為316不銹鋼，使用便攜式直讀光譜儀/X-MET7000對(duì)管子進(jìn)行檢驗(yàn)，其化學(xué)成分見(jiàn)表2，材料符合設(shè)計(jì)要求。

表2　管子在便攜式直讀光譜儀/X-MET7000分析結(jié)果

3）金相組織分析

在現(xiàn)場(chǎng)取樣的兩個(gè)彎頭和一段管子取金相環(huán)，分別取2個(gè)彎頭，4段管子及爆口共7個(gè)試樣，經(jīng)過(guò)粗磨、細(xì)磨、拋光、腐蝕，在XJG-05金相顯微鏡下進(jìn)行金相組織分析，外壁腐蝕情況及內(nèi)壁氧化皮微觀形貌觀察。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為DL/ T884-2004《火電廠金相檢驗(yàn)與評(píng)定技術(shù)導(dǎo)則》。

金相分析結(jié)果如下。

（1）爆口處存在較多的晶間腐蝕裂紋，裂紋是從外壁向內(nèi)壁發(fā)展，形成穿透性裂紋，其晶粒較大。

（2）對(duì)各管段進(jìn)行金相檢查，所有管子外表面都存在晶間裂紋，各段管子的裂紋深度見(jiàn)表3。

表3　各段管子的裂紋深度

從表面裂紋深度可知：向火面比背火面晶間腐蝕裂紋較多且深。

（3）管子內(nèi)壁氧化膜較薄，且比較均勻地附著管子內(nèi)壁，管子內(nèi)壁沒(méi)發(fā)現(xiàn)腐蝕裂紋。

（4）由于管子運(yùn)行過(guò)程中表面產(chǎn)生晶間腐蝕裂紋，裂紋到了一定深度，其表面層就容易從管子表面脫落，使管子出現(xiàn)腐蝕減薄，同時(shí)由于向火側(cè)裂紋比背火側(cè)嚴(yán)重，故向火側(cè)管壁比背火側(cè)減薄較多。

（5）晶粒粗大的管子腐蝕速度比晶粒小的管子大，且晶間裂紋容易在晶界發(fā)展成穿透性裂紋，從而引起管子過(guò)早開(kāi)裂。

（6）各管段的金相組織及表面腐蝕情況見(jiàn)表4。

3　原因分析

17-8爆口金相分析晶粒度評(píng)級(jí)5級(jí)（其他管屏試樣母材晶粒度7級(jí)），晶粒粗大，判斷其爆管彎頭由于彎管后固溶處理過(guò)程中溫度控制或恒溫時(shí)間未控制好，出現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大，晶界面積相應(yīng)減少，使得析出在晶界上的鉻碳化合物密度隨之增加，晶界附近區(qū)域發(fā)生鉻的貧化，造成晶界和晶粒之間的化學(xué)成分差異，存在電位差以致形成腐蝕[1-2]。管子內(nèi)壁氧化皮均勻且致密，沒(méi)發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁存在腐蝕現(xiàn)象，而外壁受外界腐蝕氣態(tài)HCI和堿性氯化物的沉積，產(chǎn)生晶間裂紋[3]。在宏觀上，晶間腐蝕裂紋沿管壁外表生長(zhǎng)，將使管外壁金屬剝落，管壁減??；沿壁厚方向生長(zhǎng)，將形成穿透性裂紋。另外，晶間腐蝕使得材質(zhì)變脆，強(qiáng)度急劇下降。

表4　各管段的金相組織及表面腐蝕情況

圖2　1號(hào)樣表面腐蝕裂紋

圖3　1號(hào)樣向火側(cè)表面腐蝕裂紋

圖4　1號(hào)樣背火側(cè)表面腐蝕裂紋

圖5　1號(hào)樣內(nèi)壁金相組織和氧化皮形貌

綜上所述，此次爆管原因?yàn)?16不銹鋼彎頭在熱處理中溫度或時(shí)間未控制妥當(dāng)，導(dǎo)致晶粒粗大，加速了外壁晶間腐蝕開(kāi)裂速度，形成穿透性裂紋，造成管子過(guò)早失效。

4　結(jié)論及建議

（1）管子外壁普遍存在晶間腐蝕現(xiàn)象，裂紋是從外壁向內(nèi)壁擴(kuò)展，由于晶間腐蝕后晶粒容易從表面基體上形成表面層脫落，引起管壁減薄，向火側(cè)比背火側(cè)較為嚴(yán)重。

（2）爆管彎頭由于彎管后的熱處理過(guò)程中出現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大，更容易在運(yùn)行中產(chǎn)生晶間腐蝕裂紋，裂紋形成穿透性，造成管子過(guò)早失效，是導(dǎo)致本次爆管的主要原因。

（3）316已不適合此工作環(huán)境下作為高溫過(guò)熱器用鋼。

（4）管子內(nèi)壁氧化皮均勻且致密，沒(méi)發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁存在腐蝕現(xiàn)象，水質(zhì)較好，不透鋼老化不明顯。

（5）對(duì)SUS316應(yīng)用于高溫高壓生物質(zhì)的適用性進(jìn)行分析，并可通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的方法，選用其他同類(lèi)型材料（如TP347H等），進(jìn)行高溫高壓生物質(zhì)的適用性進(jìn)行分析。

（6）針對(duì)目前高溫受熱面管材SUS316的實(shí)際情況，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)利用試驗(yàn)的方法，判斷其他同類(lèi)管材對(duì)該廠的適應(yīng)性，華西能源提供管材（TP347H、P91等，包含噴涂與不噴涂的兩種管樣）于現(xiàn)場(chǎng)安裝，進(jìn)行試驗(yàn)判定。

（7）加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整，促進(jìn)爐內(nèi)燃燒的穩(wěn)定性，盡量避免鍋爐運(yùn)行工況大幅變化，鍋爐工況變化較大時(shí)可以考慮機(jī)組定壓運(yùn)行，防止蒸汽參數(shù)的急劇變化。

（8）進(jìn)行燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，如風(fēng)量配比試驗(yàn)、爐膛出口溫度、燃燒氧量調(diào)整、燃料混配摻燒調(diào)整等，通過(guò)測(cè)量煙氣中可能造成腐蝕成分的變化達(dá)到優(yōu)化目的。

圖6　3號(hào)樣向火側(cè)表面腐蝕裂紋

圖7　3號(hào)樣背火側(cè)表面腐蝕裂紋

圖8　3號(hào)樣內(nèi)壁金相組織和氧化皮形貌

圖9　5號(hào)樣向火側(cè)表面腐蝕裂紋

圖10　5號(hào)樣背火側(cè)表面腐蝕裂紋

圖11　5號(hào)樣內(nèi)壁金相組織和氧化皮形貌

圖12　6號(hào)樣斷口

圖13　6號(hào)樣向火側(cè)表面腐蝕裂紋

圖14　6號(hào)樣背火側(cè)表面腐蝕裂紋

（9）對(duì)電廠常用的生物質(zhì)原料進(jìn)行添加高嶺土、活性礬土、白云石、氧化鈣等添加劑燃燒試驗(yàn)，確定適用于生物質(zhì)電廠的減緩腐蝕添加劑，并在電廠進(jìn)行試用。

［1］宋鴻偉，甄邯偉.生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器腐蝕機(jī)理的研究［J］.鍋爐制造，2010（5）：14-18.

［2］劉蕊，岳增武.燃用生物質(zhì)鍋爐末級(jí)過(guò)熱器管腐蝕原因分析［J］.熱力發(fā)電，2013（2）：98-100.

［3］宋景慧，胡平.大型生物質(zhì)直燃鍋爐高溫受熱面腐蝕問(wèn)題分析［J］.鍋爐技術(shù)，2013（2）：56-59.

(編輯：王智圣)

Cause Analysis on Tube Explosion of High-Temperature Superheater in a Biomass Power Plant

LI Jun-chao1，LIN Ding2
（1.Guangdong Yuedian Zhanjiang Biomass Electric Generating Co.，Ltd.，Zhanjiang524033，China；2.Zhanjiang Electric Power Co.，Ltd.，Zhanjiang524099，China）

Through the metallographic analysisof theexplosive tube,this paper analyzes that the High-Temperature Superheater exists inter-crystalline corrosion on different levels in a biomass power plant,and because of explosive elbow exists grain coarsening,speeds up the rate of inter-crystalline corrosion.Thispaper has put forward a further suggestion ofanticorrosion test to thisproblem.

biomass-fired boiler；316 stainlesssteel；metallographic analysis；inter-crystalline corrosion

TM62 TG115

A

1009－9492(2015)06－0163－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.048

2015－04－23

李俊超，男，1989年生，廣東廣州人，大學(xué)本科，助理工程師。研究領(lǐng)域：電廠鍋爐設(shè)備管理及金屬監(jiān)督。