張叢生，史 丹，王宏濤

(高效清潔燃煤電站鍋爐國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司)，哈爾濱 150046)

0 引 言

水冷壁是電站鍋爐最主要的受熱部件之一。一般布置于鍋爐爐膛的四周，緊貼爐墻形成整體密閉空間，接受爐內(nèi)火焰和高溫?zé)煔獾臒彷椛?。鍋爐水冷壁的主要作用在于利用煤粉燃燒產(chǎn)生的熱量加熱水冷壁中的傳熱工質(zhì)，工質(zhì)在吸收熱量后由水逐漸變?yōu)槠旌衔铮煌瑫r(shí)水冷壁可吸收煙氣熱量，防止煤渣的高溫結(jié)焦，提高鍋爐安全運(yùn)行的可靠性。因此，鍋爐水冷壁材料的性能好壞對(duì)于鍋爐能否安全和有效運(yùn)行至關(guān)重要。該文通過(guò)對(duì)某電廠鍋爐運(yùn)行期間后墻水冷壁的爆管泄漏樣管進(jìn)行失效分析，分析造成泄漏的根本原因[1]。

1 試驗(yàn)分析

1.1 宏觀檢查

樣管原始形貌如圖1所示，爆口位于樣管向火側(cè)焊縫處，爆口呈喇叭口狀，爆口長(zhǎng)約11 mm，開(kāi)口寬度約3 mm，爆口處可見(jiàn)輕微脹粗，爆口附近可見(jiàn)多條平行于爆口的縱向裂紋。樣管對(duì)接焊縫內(nèi)外表面未見(jiàn)明顯的焊接缺陷，如圖2所示。樣管向火側(cè)整管段均可見(jiàn)不同程度脹粗變形，樣管向火側(cè)外表面覆蓋有較厚的紅褐色氧化層，最外層氧化層有剝落痕跡。樣管背火側(cè)未見(jiàn)脹粗變形，樣管背火側(cè)外表面可見(jiàn)致密的黑色氧化膜，未見(jiàn)紅褐色氧化層，未見(jiàn)裂紋等缺陷。

圖1 樣管爆口形貌

圖2 樣管對(duì)接焊縫形貌

1.2 化學(xué)分析

在樣管上分別取2101-1、2101-3化學(xué)分析試樣，采用OBLF QSN750型直讀光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果顯示，樣管母材的化學(xué)成分含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))均符合GB/T 5310—2017標(biāo)準(zhǔn)對(duì)15CrMoG的規(guī)定。

表1 樣管母材化學(xué)成分分析結(jié)果

1.3 硬度檢測(cè)

在樣管上分別取2101-1、2101-3、2101-4、2101-5試樣進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 樣管硬度檢測(cè)結(jié)果

結(jié)果表明，樣管背火側(cè)母材的硬度值和遠(yuǎn)離爆口處向火側(cè)母材的硬度值符合GB/T 5310—2017標(biāo)準(zhǔn)對(duì)15CrMoG的規(guī)定，靠近爆口處2101-3試樣向火側(cè)母材的硬度值高于標(biāo)準(zhǔn)值。樣管背火側(cè)對(duì)接焊縫的硬度值符合DL/T 869—2012標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，向火側(cè)對(duì)接焊縫的硬度值低于母材硬度的90%，不符合DL/T 869—2012標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定[2]。

1.4 金相組織分析

在樣管上分別取2101-1、2101-3、2101-4、2101-5試樣進(jìn)行金相分析，對(duì)試樣進(jìn)行磨制和拋光，采用4%硝酸酒精溶液浸蝕后，觀察顯微組織形貌，2101-3、2101-5試樣金相分析異常顯微組織形貌如圖3～4所示。

圖3 2101-3 試樣向火側(cè)微觀形貌

由顯微組織檢驗(yàn)結(jié)果可知，樣管背火側(cè)母材和遠(yuǎn)離爆口處向火側(cè)母材的顯微組織和晶粒度符合GB/T 5310—2017標(biāo)準(zhǔn)對(duì)15CrMoG的規(guī)定，樣管靠近爆口處 2101-3試樣向火側(cè)的顯微組織發(fā)生了相變，顯微組織為貝氏體+鐵素體，如圖3所示。樣管背火側(cè)對(duì)接焊縫的顯微組織為貝氏體+鐵素體，可見(jiàn)柱狀晶形貌，屬正常的焊縫組織；對(duì)接焊縫向火側(cè)2101-5試樣的顯微組織發(fā)生了相變，顯微組織為鐵素體+珠光體，柱狀晶形貌已完全消失[3]，如圖4所示。

圖4 2101-5試樣向火側(cè)微觀形貌

2 綜合分析

1)由試驗(yàn)結(jié)果可知，樣管母材的化學(xué)成分、顯微組織、晶粒度及背火側(cè)硬度值符合GB/T 5310—2017標(biāo)準(zhǔn)對(duì)15CrMoG的規(guī)定。樣管上背火側(cè)對(duì)接焊縫的硬度值符合DL/T 869—2012標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，背火側(cè)對(duì)接焊縫的顯微組織形貌符合15CrMoG同種鋼焊縫顯微組織特征。

2)由樣管的宏觀觀察結(jié)果可知，樣管上爆口位于向火側(cè)，爆口呈喇叭口狀，爆口處有輕微脹粗，爆口宏觀形貌符合長(zhǎng)時(shí)超溫爆口的典型特征。

3)由樣管的硬度試驗(yàn)結(jié)果可知，樣管遠(yuǎn)離爆口的2101-1試樣向火側(cè)硬度值較背火側(cè)硬度值略有降低，樣管向火側(cè)對(duì)接焊縫硬度值較背火側(cè)焊縫硬度值明顯降低，樣管靠近爆口的2101-3試樣向火側(cè)硬度值較背火側(cè)硬度值顯著升高。由此可知，樣管整管段向火側(cè)的硬度值均發(fā)生了改變[4]。

4)由金相分析結(jié)果可知，樣管靠近爆口處試樣向火側(cè)的顯微組織發(fā)生了相變，向火側(cè)顯微組織由原始鐵素體+珠光體+貝氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w+鐵素體，該顯微組織與硬度試驗(yàn)結(jié)果相匹配。樣管向火側(cè)對(duì)接焊縫的顯微組織也發(fā)生了相變，對(duì)接焊縫的顯微組織由原始貝氏體p+鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體+珠光體，柱狀晶形貌也已完全消失。

根據(jù)以上檢測(cè)結(jié)果分析，樣管爆口位于向火側(cè)焊縫處，焊縫未見(jiàn)明顯缺陷，爆口呈喇叭口狀，爆口處有輕微脹粗，樣管整管段向火側(cè)均有不同程度的脹粗變形；靠近爆口處樣管向火側(cè)母材顯微組織發(fā)生了相變、硬度升高。由以上分析結(jié)果判斷，樣管向火側(cè)發(fā)生長(zhǎng)時(shí)超溫。由此推斷，樣管在鍋爐運(yùn)行期間發(fā)生了長(zhǎng)時(shí)超溫，使樣管向火側(cè)局部區(qū)域顯微組織發(fā)生相變，性能下降，導(dǎo)致爆管[5]。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，樣管發(fā)生爆管的原因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)過(guò)熱，在鍋爐運(yùn)行期間樣管發(fā)生過(guò)超溫。推測(cè)發(fā)生超溫的運(yùn)行因素：

1)鍋爐水冷壁管屏局部存在堵塞，導(dǎo)致樣管內(nèi)工質(zhì)流量嚴(yán)重不足，引起樣管管壁超溫；

2)鍋爐爐內(nèi)燃燒偏差嚴(yán)重，導(dǎo)致局部水冷壁管屏發(fā)生超溫。