某亞臨界鍋爐水冷壁泄漏失效分析

楊權(quán)

（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

某亞臨界鍋爐水冷壁泄漏失效分析

楊權(quán)

（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

通過宏觀形貌觀察、化學(xué)成分分析、力學(xué)性能分析、顯微組織分析等方法，結(jié)合鍋爐的實(shí)際運(yùn)行情況，確定此次水冷壁管發(fā)生泄漏是管子對(duì)接焊縫上存在焊接缺陷造成的。焊接缺陷導(dǎo)致對(duì)接焊縫與MPM焊縫交叉處發(fā)生泄漏，高壓蒸汽沖刷兩側(cè)管子導(dǎo)致MPM焊縫兩側(cè)的管子發(fā)生大面積泄漏。

水冷壁；泄漏；失效分析

1 水冷壁管泄漏

某300 MW亞臨界燃煤電站鍋爐，開始運(yùn)行時(shí)間為2011年4月14日，在鍋爐30 d可靠性運(yùn)行期間底部灰斗處鍋爐水冷壁管（標(biāo)高8000 mm，管子材質(zhì)SA-210C，管子規(guī)格φ63.5 mm×7 mm）發(fā)生泄漏。樣管宏觀形貌見圖1。經(jīng)觀察，從現(xiàn)場(chǎng)樣管上共發(fā)現(xiàn)5個(gè)漏點(diǎn)，5個(gè)漏點(diǎn)位置均在管排一側(cè)。5個(gè)漏點(diǎn)的分布情況分別為：管段A與管段B之間的環(huán)向焊縫與MPM焊縫交叉處有一個(gè)漏點(diǎn)，標(biāo)識(shí)為漏點(diǎn)1，見圖2；管段B上有一個(gè)漏點(diǎn)，標(biāo)識(shí)為漏點(diǎn)2，見圖2；管段C上有三個(gè)漏點(diǎn)，分別標(biāo)識(shí)為漏點(diǎn)3、漏點(diǎn)4和漏點(diǎn)5，見圖3。另外從圖1也可以看出有補(bǔ)焊痕跡。

圖1 發(fā)生泄漏樣管的整體形貌

圖2 漏點(diǎn)1和漏點(diǎn)2宏觀形貌

宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，漏點(diǎn)2至漏點(diǎn)5的形狀均近似圓形，漏點(diǎn)附近有明顯沖刷的痕跡，并且沖刷的方向是由外向內(nèi)（相對(duì)管子而言）。剖開管段B后發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)1正好位于管段A和管段B管子對(duì)接環(huán)向焊縫上，并且焊縫成形質(zhì)量不好，漏點(diǎn)1為明顯的焊接缺陷導(dǎo)致的漏點(diǎn)。漏點(diǎn)1的方向正對(duì)著管段C上漏點(diǎn)3至漏點(diǎn)5。

通過宏觀形貌觀察，對(duì)漏點(diǎn)1及其內(nèi)部的宏觀形貌進(jìn)行放大，如圖4和圖5所示。

圖3 漏點(diǎn)3至漏點(diǎn)5宏觀形貌

圖4 漏點(diǎn)1放大形貌

圖5 漏點(diǎn)1內(nèi)部放大形貌

本文主要通過化學(xué)成分分析、力學(xué)性能分析、顯微組織分析等方法，結(jié)合鍋爐的實(shí)際運(yùn)行情況，確定管子發(fā)生泄漏的原因。

2 樣管理化性能分析

2.1 化學(xué)成分分析

采用SPECTRO M8型直讀光譜儀，對(duì)管段A、管段B和管段C分別進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果如表1所示。由表1可知，管段A、管段B和管段C的磷、硫含量較低，說明其控制在較高的水平，三根管段的化學(xué)成分均符合ASMESA-210中C級(jí)的要求。

表1 樣管化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

2.2 力學(xué)性能分析

受長(zhǎng)度限制，管段A和管段B無法取出拉伸試樣進(jìn)行試驗(yàn)，因此，僅對(duì)管段C進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)，對(duì)管段A和管段B進(jìn)行硬度試驗(yàn)。在管段C上取縱向條形試樣，采用WAW-1000D微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，分別測(cè)量抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率。在管段A和管段B上取硬度試樣，采用TH300洛氏硬度計(jì)進(jìn)行洛氏硬度試驗(yàn)。拉伸試驗(yàn)和硬度試驗(yàn)結(jié)果見表2所示。

表2 樣管力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，管段C的室溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率,管段A和管段B的洛氏硬度均符合ASMESA-210中C級(jí)的要求。

2.3 顯微組織分析

分別在管段A未吹損部位、漏點(diǎn)2、管段B未吹損部位、管段C的端部和漏點(diǎn)3取了5個(gè)金相試樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)，采用AXIOVERT200MAT金相顯微鏡進(jìn)行顯微組織分析。五個(gè)試樣的金相組織如圖6～圖10所示。

從圖6～圖10可以看出，管段未吹損位置及漏點(diǎn)處的金相組織均為鐵素體+珠光體，屬于正常組織，晶粒度均為8級(jí)，控制得較好。

3 原因分析與討論

通過觀察樣管的外部宏觀形貌和管子內(nèi)壁宏觀形貌，共發(fā)現(xiàn)5個(gè)漏點(diǎn)，其中漏點(diǎn)2至漏點(diǎn)5均是從外壁向內(nèi)壁減薄，且漏點(diǎn)以光滑圓弧向表面過渡，是典型的外部沖刷導(dǎo)致的漏點(diǎn)；從圖4和圖5中漏點(diǎn)1處內(nèi)外部放大后的形貌可以看出，漏點(diǎn)1內(nèi)外部均未出現(xiàn)圓弧，無沖刷痕跡，是典型的焊接缺陷導(dǎo)致的漏點(diǎn)。

通過對(duì)母材進(jìn)行理化性能分析，管段A和管段B母材的化學(xué)成分和洛氏硬度以及管段C母材的化學(xué)成分、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率均滿足ASME SA-210中C級(jí)的要求。顯微組織和晶粒度均控制在較好的水平。

圖6 管段A未吹損部位

圖7 漏點(diǎn)2處

圖8 管段B未吹損部位

圖9 管段C端部

圖10 漏點(diǎn)3處

分析認(rèn)為，漏點(diǎn)1是導(dǎo)致漏點(diǎn)2至漏點(diǎn)5發(fā)生泄漏的主要原因。漏點(diǎn)1發(fā)生泄漏后，內(nèi)部高溫高壓蒸汽沖刷管段C，導(dǎo)致管段C發(fā)生泄漏，管段C泄漏后內(nèi)部的蒸汽又沖刷管段A和管段B，同時(shí)沖刷MPM焊縫，導(dǎo)致管段B發(fā)生泄漏，管段B泄漏后又反過來沖刷管段C和MPM焊縫。MPM焊縫經(jīng)過5個(gè)漏點(diǎn)反復(fù)沖刷，最終形成了坑狀形貌。

4 結(jié)語

此次泄漏是由于管子對(duì)接焊縫上存在焊接缺陷，導(dǎo)致對(duì)接焊縫與MPM焊縫交叉處發(fā)生泄漏，沖刷兩側(cè)管子導(dǎo)致MPM焊縫兩側(cè)的管子發(fā)生大面積泄漏。

（編輯 黃 荻）

X933.2

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1002-2333（2015）08-0222-02

楊權(quán)（1981—），男，工程師，從事鍋爐、壓力容器、核電材料的應(yīng)用研究工作。

2015-06-24