謝建峰
(中國石化金陵分公司,江蘇 南京 210033)
電站鍋爐二級過熱器及水冷壁爆管原因分析
謝建峰
(中國石化金陵分公司,江蘇 南京 210033)
通過宏觀爆管檢查狀況、微觀化學(xué)成分分析、金相分析、拉伸性能檢測、SEM分析對電站鍋爐二級過熱器、水冷壁爆管原因進行分析,確定爆管原因,推斷損壞過程,從而制定防范措施。
二級過熱器;水冷壁;澆注料;磨損
2015年8月26日,某電站鍋爐運行中突發(fā)受熱面泄漏事故,造成緊急停爐,待鍋爐冷卻并清渣后進入爐膛,檢查發(fā)現(xiàn)翼墻水冷壁和二級過熱器均有爆破損傷,損傷處集中在乙側(cè)翼墻水冷壁爐內(nèi)側(cè)管束(圖1)和二級過熱器最下排的局部區(qū)域(圖2)。
圖1 乙側(cè)翼墻水冷壁損傷泄漏狀況
圖2 二級過熱器損傷泄漏狀況
乙側(cè)翼墻水冷壁爐內(nèi)側(cè)第1根 爆口泄漏,水冷壁泄漏點位于乙側(cè)翼墻,標(biāo)高略低于二級過熱器漏點,有多處破口,其中第1根(從北向南數(shù),下同)管子呈爆破狀態(tài),約200 mm長管段沿周向完全撕開;與爆口相鄰的翼墻水冷壁管外表面均有明顯沖刷痕跡,有三處沖刷凹坑泄漏點,破口邊緣壁厚很薄,見圖3。二級過熱器泄漏點位于第6屏(從東向西數(shù),下同)過熱器上迎煙面第1根管子(從下向上數(shù),下同),有3處漏點,泄漏點外表面有嚴(yán)重磨損及沖刷痕跡,原有的防磨護板只殘留小部分,殘留區(qū)域也有嚴(yán)重磨損痕跡,見圖4。
圖3 與爆口相鄰的翼墻水冷壁管沖刷凹坑漏點
圖4 二級過熱器管排泄漏點
2.1 宏觀腐蝕、爆管狀況檢查
水冷壁爆管管壁及鄰近水冷壁管壁外表面有嚴(yán)重的沖刷痕跡,管內(nèi)壁無明顯腐蝕凹坑,斷管水冷壁管可見疲勞輝紋;過熱管泄漏破口不大,破口面粗糙,不平整,邊緣鋒利,破口壁減薄明顯,內(nèi)壁存在0.5~0.8 mm厚氧化層。
2.2 化學(xué)成分分析
水冷壁材質(zhì)為SA210A-1、二級過熱器Ω管材質(zhì)為SA213T22,化學(xué)成分分析見表1,均符合標(biāo)準(zhǔn)要求,可以排除因材質(zhì)錯用導(dǎo)致事故的原因。
表1 受損水冷壁管、過熱器管化學(xué)成分 w,%
2.3 金相分析
水冷壁金相組織為鐵素體+珠光體,其金相照片見圖5至圖8(左:100倍,右:500倍),組織正常,幾乎沒有發(fā)現(xiàn)明顯的球化現(xiàn)象;二級過熱器管金相照片見圖9(左:100倍,右:500倍)。水冷壁和二級過熱器管試樣金相檢測結(jié)果見表2,結(jié)合金相照片,可以看出二級過熱器管出現(xiàn)了嚴(yán)重的球化現(xiàn)象,球化達到了4.5級,說明過熱管超溫現(xiàn)象嚴(yán)重,長期處于超溫狀態(tài)。
圖5 水冷壁迎火面金相照片
圖6 水冷壁背火面金相照片
圖7 水冷壁穿孔處金相照片
圖8 水冷壁斷管爆口金相照片
圖9 過熱器管爆口處金相照片
表2 水冷壁和二級過熱器管試樣金相檢測結(jié)果
2.4 硬度檢測
水冷壁管和二級過熱器管硬度檢測見表3,可見水冷壁管強度及塑性均在規(guī)定性能范圍內(nèi),表明其材料未發(fā)生明顯劣化。而過熱器管在超溫服役后,珠光體球化嚴(yán)重,屈服強度明顯降低。
表3 顯微維氏硬度測量結(jié)果
說明:按照DL/T869-2012和GB/T1172-1999標(biāo)準(zhǔn),水冷壁材質(zhì)硬度應(yīng)不大于170 HV,過熱器材質(zhì)硬度應(yīng)不大于210 HV。
2.5 掃描電鏡分析
二級過熱器管及水冷壁爆口掃描電鏡分析見圖10-圖12,可見兩者均有大量裂紋,過熱管出現(xiàn)較多孔洞,且有大量氧化物存在;在水冷壁斷口處出現(xiàn)典型疲勞斷裂特征。
從圖2中可見二級過熱器下部包裹澆注料有部分已脫落,觀察澆注料脫落區(qū),可見表面顏色左右兩邊不同,左側(cè)(靠近水冷壁側(cè))顏色較深,與上部未包裹澆注料的區(qū)域基本相同,右側(cè)顏色明顯較淺,應(yīng)是澆注料脫落時間不同所致,左側(cè)澆注料脫落時間較長,因而其表面顏色與上部未包裹澆注料區(qū)域趨于一致,而右側(cè)澆注料剛脫落,顏色仍為原來金屬銹色。
圖10 過熱管爆口周邊及爆口處
圖11 水冷壁泄漏處
圖12 水冷壁斷口
檢查其他5屏二級過熱器,發(fā)現(xiàn)第3屏二級過熱器下部澆注料有明顯開裂、松動情況。
翼墻水冷壁在與二級過熱器相交匯區(qū)域,因煙塵流通截面變化而產(chǎn)生紊流,受到?jīng)_刷,尤其在煙塵出口方向(過熱器上部)更為明顯,仔細(xì)觀察受磨損的水冷壁部位,與二級過熱器管排上端平齊部位均有明顯受沖刷痕跡,而對泄漏處的水冷壁外表面觀察,沒有發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。
觀察二級過熱器殘留的防護板,在背對水冷壁、過熱器破口方向的區(qū)域,仍有明顯的磨損痕跡,該區(qū)域無論是水冷壁爆口、還是過熱器爆口,均無法吹到,見圖4和圖14,造成其損傷的原因為煙塵磨損所致。
綜上所述,爆管過程推斷如下:由于第6屏二級過熱器下部澆注料局部脫落,受到煙塵的直接沖刷;同時二級過熱器長期超溫導(dǎo)致組織變化,管材強度下降,降低了管材的耐磨性能,最終導(dǎo)致二級過熱器因煙塵沖刷而破損。破損后從破口中沖出的過熱蒸汽又直接沖刷下方的翼墻水冷壁管,使水冷壁管受蒸汽沖刷而受損減薄,減薄到一定程度后無法承受內(nèi)部的高壓而爆管。
圖13 二級過熱器下部防磨護板磨損情況
(1)對泄漏的二級過熱器進行堵管處理。
(2)對鍋爐兩側(cè)受損翼墻水冷壁進行了局部更換。
(3)加強工藝管理,嚴(yán)格執(zhí)行工藝紀(jì)律,防止過熱器超溫運行導(dǎo)致材料損傷,對可能引起二級過熱器超溫的原因(如過熱器蒸汽溫度監(jiān)視、一級減溫水調(diào)整、床溫和一二次風(fēng)調(diào)整等)制定整改措施,并加強檢查、監(jiān)督執(zhí)行。
(4)每次停爐時加強對受熱面澆注料的檢查,對損傷、脫落部位及時進行修復(fù),并保證修復(fù)質(zhì)量。
TM621. 2
B
1671-0711(2016)07(上)-0053-03