（國家電投集團(tuán)江西電力有限公司景德鎮(zhèn)發(fā)電廠，江西景德鎮(zhèn) 333036）

0 引言

景德鎮(zhèn)發(fā)電廠1號鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的660MW超超臨界（USC）參數(shù)變壓運(yùn)行直流鍋爐，機(jī)組累計(jì)運(yùn)行43000h后，后屏過熱器從左側(cè)往右側(cè)數(shù)第8屏，由外往內(nèi)數(shù)第5根的爐后底部彎頭發(fā)生爆管，停機(jī)后進(jìn)入爐膛發(fā)現(xiàn)，爐后底部彎頭爐右側(cè)中性面至外弧面的橫向1/4周長范圍內(nèi)管子外壁存在結(jié)焦現(xiàn)象，除去外壁的結(jié)焦，管子外表面已存在不同程度的腐蝕，其中由外往內(nèi)數(shù)第5根（爆破管）和第6、7根的結(jié)焦和腐蝕最嚴(yán)重。為了查明后屏過熱器爆管的原因，對1號鍋爐后屏過熱器爆管的取樣管進(jìn)行了性能試驗(yàn)分析。

1 試驗(yàn)材料

圖1 割取管樣形貌、取樣位置及泄漏位置示意圖

割取的管樣為后屏過熱器從左側(cè)往右側(cè)數(shù)第8屏，由外往內(nèi)數(shù)第5根（爆破管）和第6根（對比管）爐后底部彎頭，位于折焰角附近，如圖1所示，材質(zhì)為Super304H，規(guī)格為 Φ51×9.5mm[1]。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 宏觀形貌檢查及幾何尺寸測量

如圖2(a)-(c)所示，2根管樣在彎頭處腐蝕最為嚴(yán)重，腐蝕寬度為爐右側(cè)中性面至外弧面，約占橫向周長的1/4，由彎頭處向兩側(cè)直管段腐蝕程度逐漸減小，管樣水平段的腐蝕在爐右側(cè)，管樣垂直段的腐蝕在爐后側(cè)，2根管樣腐蝕處均存在不同程度的減薄。

1號管樣的爆口處于彎頭處腐蝕寬度的中間位置，爆口縱向長度約為300mm，爆口橫向?qū)捵畲蠹s為20mm，爆口處的壁厚為8.10mm，斷口表面粗糙，斷口表面顏色為深灰色，未發(fā)現(xiàn)明顯的塑性變形，如圖2（a）、（b）所示。

用游標(biāo)卡尺對2根管樣不同部位進(jìn)行壁厚、外徑測量，測量結(jié)果如表1所示，由表1可知：（1）管樣各部位腐蝕側(cè)較其他部位均存在不同程度的減??；（2）除爆口附近外，其余部位均未發(fā)現(xiàn)明顯脹粗。

圖2 2根管樣各部位宏觀形貌

表1 2根管樣壁厚、外徑測量結(jié)果

2.2 金相分析

在1號管樣爆口開口最大處和爆口尖端處截取金相環(huán)樣，在管樣的垂直段和水平段分別截取金相環(huán)樣；在2號管樣的彎頭位置和垂直段位置截取金相環(huán)樣，2根管樣上加工的金相試樣取樣位置示意圖如圖1（a）所示，金相分析結(jié)果表明：

（1）2根管樣各部位試樣腐蝕側(cè)的顯微組織老化程度均較腐蝕對面?zhèn)葒?yán)重，腐蝕側(cè)的腐蝕層厚度范圍為0.10mm～0.50mm。（2）1號試樣管爆口附近顯微形貌為奧氏體+第二相析出物，平均晶粒度8～9級，爆口附近存在多條微裂紋，老化4～5級，腐蝕對面?zhèn)任窗l(fā)現(xiàn)明顯的孔洞，老化3級。（3）2號試樣管彎頭和直管的顯微形貌為奧氏體+第二相析出物，平均晶粒度8～9級，腐蝕側(cè)未發(fā)現(xiàn)明顯的孔洞，晶界上有較多的第二相偏聚，老化3級。

2.3 掃描電鏡和能譜成分分析

（1）金屬基體成分能譜分析。在FEI Quanta 400型掃描電鏡和OXFORD INCA Energy X射線能譜儀下對1號和2號管樣基體進(jìn)行能譜成分分析，結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明管樣的材料與設(shè)計(jì)材料相符，不存在錯(cuò)用材料問題。

圖3 爆口和橫向撕裂的斷口表面氧化物能譜分析位置圖

表2 管樣能譜成分分析結(jié)果（wt%）

表3 爆口和橫向撕裂的斷口表面氧化物能譜分析結(jié)果（wt%）

（2）斷口能譜和形貌分析。在FEI Quanta 400型掃描電鏡和 OXFORD INCA Energy X 射線能譜儀下分別對爆口和橫向撕裂的斷口表面腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行成分分析，結(jié)果如表3所示，氧化物形貌如圖3所示。結(jié)果表明：斷口上主要成分除O、Cr、Fe、Ni、Cu外，還存在Si、Ca、Al、S等成分。（3）腐蝕層能譜成分和形貌分析。在FEI Quanta 400型掃描電鏡和OXFORD INCA Energy X射線能譜儀下對1根管樣的腐蝕層進(jìn)行成分分析，腐蝕層的形貌如圖4所示。結(jié)果表明：1）腐蝕層分為兩層，外層為深灰色的完全腐蝕產(chǎn)物，內(nèi)層為灰白相間的不完全腐蝕產(chǎn)物；2）腐蝕產(chǎn)物主要成分含有O、S、Fe、Cr、Ni等元素，其中S元素含量最高達(dá)10.22%。

圖4 1號管樣腐蝕層能譜分析位置圖

2.4 硬度試驗(yàn)

對2根試樣進(jìn)行硬度試驗(yàn)，結(jié)果見表4，結(jié)果表明，爆破管彎頭附近腐蝕對面?zhèn)?、橫向裂紋附近及對比管彎頭處的硬度值高于標(biāo)準(zhǔn)對Super 304H相近牌號S30432新鋼管的上限要求，其余部位的硬度值均符合標(biāo)準(zhǔn)對Super 304H相近牌號S30432新鋼管的要求[2]。

表4 硬度試驗(yàn)結(jié)果

2.5 室溫拉伸試驗(yàn)

在2根管樣的直管段上各加工2個(gè)拉伸試樣，試驗(yàn)結(jié)果見表5，結(jié)果表明，爆破管水平段和垂直段腐蝕側(cè)、對比管水平段腐蝕側(cè)的抗拉強(qiáng)度Rm和斷后伸長率A、爆破管水平段和垂直段的斷后伸長率A均低于標(biāo)準(zhǔn)對Super 304H相近牌號S30432新鋼管的要求，除以上結(jié)果外，其余部位的室溫拉伸性能均符合標(biāo)準(zhǔn)對Super 304H相近牌號S30432新鋼管的要求。

表5 室溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果

2.6 室溫沖擊試驗(yàn)

在2根管樣的直管段上各加工3個(gè)小尺寸（55mm×10mm×5mm）沖擊試樣，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。結(jié)果表明，2根管樣各部位試樣的室溫沖擊性能均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且腐蝕側(cè)的室溫沖擊性能均高于腐蝕對面?zhèn)取?/p>

表6 室溫沖擊試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

綜合試驗(yàn)分析，管樣發(fā)生爆破的原因是受到高溫腐蝕的作用，管壁有效厚度減薄。同時(shí)，爆破管腐蝕側(cè)（位于迎煙側(cè)）的顯微組織老化程度較腐蝕對面?zhèn)葒?yán)重，且腐蝕側(cè)的抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率相對腐蝕對面?zhèn)容^低，性能劣化，運(yùn)行過程中在介質(zhì)的內(nèi)壓作用下，最終導(dǎo)致發(fā)生爆破。

建議：加強(qiáng)對爐內(nèi)管道的檢驗(yàn)，對高溫腐蝕嚴(yán)重、剩余壁厚小于最小需要厚度的管段及時(shí)進(jìn)行更換；重視入場煤質(zhì)的檢測，控制煤種的含硫量，優(yōu)化燃燒運(yùn)行，盡可能避免高溫腐蝕的發(fā)生。