魏 然，邵旭明，常 偉，于佳宇

(1.國家能源集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司銀川分公司，寧夏 銀川 750000；2.寧夏電力科技能源有限公司，寧夏 銀川 750000)

0 引言

某電廠3號鍋爐為東方鍋爐有限公司生產(chǎn)的DG3100/26.15-Ⅱ1型高效超超臨界變壓直流鍋爐。運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)爐左側(cè)大包中部有蒸汽冒出，停爐后檢查發(fā)現(xiàn)省煤器集箱排氣管發(fā)生爆口，爆口管段材質(zhì)為20G，規(guī)格?34×7 mm，截止泄漏時該機(jī)組累計(jì)運(yùn)行時間71 528.2 h。本文結(jié)合該排氣管的具體失效情況對失效原因及實(shí)際存在問題進(jìn)行分析。

1 原因分析

1.1 現(xiàn)場檢查

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)泄漏位于排氣管高溫再熱器集箱上部，爆破管段90 °彎折，具體形貌見圖1。觀察發(fā)現(xiàn)省煤器集箱排氣管由省煤器引出，穿過低溫再熱器集箱、低溫過熱器集箱、高溫再熱器集箱上方后拐出大包，本次泄漏位于高溫再熱器集箱上部，排氣管走向分布見圖2。

1.2 宏觀檢查

宏觀檢查爆口左右各約1.5 m長度范圍內(nèi)均存在不同程度的脹粗，內(nèi)外壁表面整圈均存在密集的縱向裂紋及氧化皮，外壁裂紋具體形貌見圖3。

爆口附近管徑漲粗尤為明顯，尺寸測量管徑為40.6 mm，漲粗21.5%；壁厚為5.25 mm，減薄26%；爆口呈撕裂狀，爆口尺寸長130 mm，寬50 mm；從外觀判斷應(yīng)為過熱導(dǎo)致，見圖4。

1.3 顯微組織

在失效管距爆口50 mm、2 m長度處分別取樣進(jìn)行金相檢驗(yàn),采用Zess Axio Oberver.A1m倒置式光學(xué)顯微鏡觀察失效管顯微組織，侵蝕劑采用4%(體積分?jǐn)?shù))硝酸酒精溶液。

距爆口50 mm處顯微組織為鐵素體+珠光體+碳化物，珠光體形態(tài)基本消失，晶界及鐵素體基體上的球狀碳化物已逐漸長大，球化等級4.5級〔1〕，見圖5；

取樣部位內(nèi)壁存在大量密集、長度在2～3個晶界的氧化裂紋，具體形貌見圖6；石墨化呈塊狀，石墨化等級4級〔2〕，見圖7。

距爆口遠(yuǎn)端2 m處金相組織為鐵素體+珠光體，珠光體區(qū)域中的碳化物開始分散，并逐漸向晶界擴(kuò)散，珠光體形態(tài)尚明顯，球化等級2.5級〔1〕，具體金相組織形貌見圖8；石墨化呈塊狀，石墨化等級4級〔2〕，見圖9。

顯微組織分析顯示，失效管珠光體均發(fā)生不同程度球化、產(chǎn)生氧化裂紋及出現(xiàn)石墨化，證明該管段運(yùn)行過程中存在長時間超溫。

2 綜合分析

查詢設(shè)計(jì)資料得知省煤器集箱出口溫度為302 ℃，其內(nèi)部介質(zhì)是水，在該工作溫度及冷卻介質(zhì)充分的條件下，珠光體組織不應(yīng)該發(fā)生明顯球化，同時也不會出現(xiàn)氧化裂紋及石墨化，這些顯微組織的出現(xiàn)證明該管段存在長期在超溫環(huán)境下運(yùn)行的情況。結(jié)合其走向布置，發(fā)現(xiàn)該管道大包內(nèi)布置需穿過高溫再熱器集箱上方的高溫區(qū)域，高溫再熱器出口集箱溫度為602 ℃，在熱輻射下其正上方局部環(huán)境溫度高于20G的許用溫度430 ℃〔3〕，同時在機(jī)組運(yùn)行期間排氣管內(nèi)部介質(zhì)為不流動狀態(tài)，換熱能力下降，排氣管長時間在高于材質(zhì)許用溫度環(huán)境下運(yùn)行，造成組織球化及石墨化，性能劣化，最終強(qiáng)度不足發(fā)生爆破。

3 建議

1)現(xiàn)集箱排氣管就近平行于集箱穿出大包，應(yīng)避免其靠近穿過高溫再熱器集箱上方的高溫區(qū)域。

2)若繼續(xù)保持省煤器排氣管原布置不變，建議升級排氣管材質(zhì)等級。此外，建議結(jié)合檢修排查其它低溫過熱器集箱及低溫再熱器集箱排氣管是否出現(xiàn)脹粗、開裂等現(xiàn)象，及時發(fā)現(xiàn)及時處理。