高溫段過(guò)熱器12Cr1MoVG管爆管原因淺析

摘要：火力發(fā)電廠高溫段過(guò)熱器爆管?chē)?yán)重影響電力生產(chǎn)，大唐太原第二熱電廠連續(xù)發(fā)生兩次鍋爐高溫段過(guò)熱器出口聯(lián)箱處發(fā)生爆管泄露事故，本文從宏觀、微觀、硬度測(cè)定等方面，對(duì)所發(fā)生管段部位進(jìn)行了分析，結(jié)合本人工作經(jīng)驗(yàn)與所學(xué)專(zhuān)業(yè)，對(duì)預(yù)防同類(lèi)事故的再次發(fā)生提出了幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：過(guò)熱器 爆管 淺析

大唐太原第二熱電廠8#鍋爐為東方鍋爐廠DG670／13.7-8自然揗環(huán)鍋爐。鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)為：最大連續(xù)蒸發(fā)量670t／h；過(guò)熱蒸汽出口壓力13.7MP，出口溫度540℃，1994年9月投產(chǎn)，從投產(chǎn)至今運(yùn)行約14萬(wàn)小時(shí)。高溫過(guò)熱器出口管段規(guī)格為φ42×5mm，材質(zhì)為12Cr1MoVG，最高使用溫度為565℃。第一次泄漏為左數(shù)第24排第3根穿出爐墻上來(lái)第一個(gè)彎頭；第二次泄漏為右數(shù)第3排第3根穿出爐墻上來(lái)第一個(gè)彎頭。兩次爆管都為爐外管，高溫過(guò)熱器爐內(nèi)管管材為鋼102。

1 爆管的勘測(cè)

8#爐高溫過(guò)熱器兩次爆管的位置很類(lèi)似，考慮到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫點(diǎn)數(shù)不足以反映爆管區(qū)的受熱狀態(tài)，經(jīng)與廠金屬組聯(lián)系，決定對(duì)類(lèi)似的部位，鄰近兩次爆管的左右位置再取樣分析，并取兩次爆管中間位置的兩根管進(jìn)行分析，進(jìn)一步可以判斷爆管是個(gè)案還是整體性能的下降。

2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

本次試驗(yàn)，宏觀觀察使用放大鏡和肉眼目視，尺寸測(cè)量選用游標(biāo)卡尺，測(cè)厚儀。合金成分分析選用尼通直讀光譜儀XLT898，力學(xué)性能試驗(yàn)選用SANS/CMT5105材料試驗(yàn)機(jī)，WE-1000型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；維氏硬度試驗(yàn)選用型號(hào)VH3-30719維氏硬度儀，金相試驗(yàn)選用PMG3奧林巴斯顯微鏡。

3 金屬檢驗(yàn)

3.1 宏觀分析 第一次爆管（3月份）爆口呈現(xiàn)條形狀，管彎頭外彎處，爆口兩尖端長(zhǎng)61.23mm，爆口中間寬度5.34mm。爆口尖端最小厚度2.3mm，最大厚度4.8mm。爆口中間部位（彎頭處），最小厚度2.5mm，最大厚度4.7mm。爆口位置內(nèi)外管面存在不同程度氧化層和縱向蠕脹紋，有明顯氧化和脹粗現(xiàn)象，內(nèi)壁氧化皮厚度為0.25mm，外壁氧化皮厚度為0.196mm，表現(xiàn)為長(zhǎng)期過(guò)熱特征。第二次爆管（5月份）爆口呈現(xiàn)橫向?qū)挿日归_(kāi)狀，爆口尖端之間距離為16.58mm，爆口橫向展開(kāi)寬度113.42mm，爆口展開(kāi)面縱向最大長(zhǎng)度77.64mm。爆口尖端最小厚度2.0mm，最大厚度4.66mm；爆口展開(kāi)區(qū)最小厚度2.10mm，最大4.90mm.爆口尖端處管壁減薄量不大，呈現(xiàn)較脆的斷裂特征；管壁展開(kāi)部位尖端減薄量不大，爆口內(nèi)外表面也存在不同程度的氧化層和縱向蠕脹紋，表明該管段在爆管前存在明顯氧化和脹粗，管破口內(nèi)壁氧化皮厚度為0.19mm，外壁氧化皮厚度為0.17mm，宏觀分析表明該斷口呈脆性特征，具有長(zhǎng)期過(guò)熱的特征。

3.2 化學(xué)成分分析 為了驗(yàn)證管材的材質(zhì)為12Cr1MoVG，我單位要求金屬組對(duì)所取樣的管材合金含量進(jìn)行了光譜分析取證。見(jiàn)表1

從分析結(jié)果可看出，所取試樣管材質(zhì)為12Cr1MoVG，各取樣管的合金元素含量滿足GB5310-2008標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 機(jī)械性能試驗(yàn) 在直管段上取樣，加工成條狀試樣，按GB T228.1-201標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)結(jié)果如下。

從機(jī)械性能的試驗(yàn)結(jié)果分析，可看出12Cr1MoVG材質(zhì)的屈服強(qiáng)度、延伸率尚滿足要求，但抗拉強(qiáng)度低于GB T228.1-201標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 硬度試驗(yàn) 對(duì)所取管樣按DL/T438-2009標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行維氏硬度試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果表示管材硬度符合工況使用要求

3.5 金相試驗(yàn) 爆口管尖端金相顯示存在蠕變微裂紋及孔洞，組織存在明顯的脫碳及碳化物聚集，珠光體形態(tài)已經(jīng)消失，組織球化達(dá)4級(jí)以上，爆口縱向取樣金相顯示晶粒有輕微變形，說(shuō)明在爆管瞬間存在短時(shí)間過(guò)熱，具有超溫幅度不高的短時(shí)間過(guò)熱特征，管子內(nèi)外壁氧化皮較厚，有明顯脫碳，金屬組織已有變質(zhì)現(xiàn)象。

4 記錄分析

4.1 管件外徑測(cè)量 經(jīng)過(guò)對(duì)8#爐高溫過(guò)熱器爐外管管徑測(cè)量發(fā)現(xiàn)，所有被測(cè)管件外徑都有不同程度的脹粗現(xiàn)象，有的管徑脹粗達(dá)43mm(1.024%)，外壁氧化皮厚度達(dá)0.18mm，接近管件更換43.05mm（1.025%）的邊緣。

4.2 管壁內(nèi)部氧化層的檢查 12Cr1MoVG最高使用溫度為565℃，管材介質(zhì)溫度540℃。運(yùn)行溫度記錄顯示，管壁溫度常達(dá)550℃左右，而管材介質(zhì)溫度在標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍內(nèi)。通過(guò)對(duì)割取管件試樣檢查發(fā)現(xiàn)，管壁內(nèi)部氧化層厚度最高達(dá)0.20mm，已嚴(yán)重影響管件的導(dǎo)熱。通過(guò)分析可知，氧化皮的絕熱作用會(huì)引起管壁溫上升影響管材壽命，同時(shí)還會(huì)阻礙管內(nèi)蒸汽流動(dòng)使壁溫大幅升高引起金屬蠕變脹粗，導(dǎo)致?tīng)t管爆管泄漏。氧化皮的不斷脫落與生成循環(huán)使管材變薄大大縮短金屬的使用壽命，還會(huì)造成汽水污染影響汽水品質(zhì)。剝落的氧化皮有可能在管件的彎頭部位聚集，阻礙介質(zhì)的流動(dòng)，造成爆管。

4.3 起、停爐對(duì)管材的影響 通過(guò)對(duì)檢修臺(tái)帳查閱，發(fā)現(xiàn)除正常起停爐外，發(fā)生非正常起停爐搶修12起，其中在10～3月期間停爐7起。由于高過(guò)出口管段在爐外，管材的快速升溫與冷卻引起金屬材質(zhì)的熱脹冷縮，也是引發(fā)金屬組織疲勞，性能下降的一個(gè)原因。

5 建議

5.1 建議對(duì)高溫段過(guò)熱器出口管段增加溫度測(cè)點(diǎn)數(shù)量，認(rèn)真檢測(cè)、記錄好每點(diǎn)的溫度變化，嚴(yán)禁管材在介質(zhì)溫度及壓力超標(biāo)的工況下運(yùn)行。

5.2 對(duì)管外壁氧化嚴(yán)重的管段及脹粗明顯的管段重點(diǎn)檢查，及時(shí)更換不良管段。

5.3 在停爐檢修時(shí)，對(duì)該區(qū)域管段按檢修規(guī)程進(jìn)行取樣，并進(jìn)行化學(xué)及金相分析，如果管段內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重要及時(shí)進(jìn)行酸洗。

5.4 檢修測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄整理，認(rèn)真對(duì)比分析。

5.5 在起、停爐時(shí)要嚴(yán)格按照檢修及運(yùn)行規(guī)程進(jìn)行操作，防止管材溫度變化太快。

5.6 條件允許的情況下升級(jí)管材材質(zhì)。

5.7 建議運(yùn)行調(diào)整運(yùn)行方式，防止過(guò)熱，使鍋爐達(dá)到良好的運(yùn)行狀態(tài)，利用機(jī)組檢修加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，更換受損的過(guò)熱器。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)比兩次爆管原因的分析，結(jié)合其它取樣管的檢測(cè)結(jié)果，本人分析認(rèn)為此處爆管主要原因是由于在材質(zhì)老化、管材組織發(fā)生變化的情況下，長(zhǎng)期過(guò)熱運(yùn)行造成的。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB T228.1-2010金屬材料.拉伸試驗(yàn).

[2]GB5310-2008高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管.

[3]DL/T438-2009火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程.

[4]DL/T773-2001火電廠用12Cr1MoV鋼球化評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn).

[5]DL/T884-2004火電廠金相檢驗(yàn)與評(píng)定技術(shù)導(dǎo)剛.