高溫再熱器管鼓包原因分析

宮偉基，劉蕊

（1.華電國際技術(shù)服務(wù)中心，濟(jì)南250014；2.山東電力工業(yè)鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中心有限公司，濟(jì)南250003）

·發(fā)電技術(shù)·

高溫再熱器管鼓包原因分析

宮偉基1，劉蕊2

（1.華電國際技術(shù)服務(wù)中心，濟(jì)南250014；2.山東電力工業(yè)鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中心有限公司，濟(jì)南250003）

通過成分分析、微觀組織分析、力學(xué)性能測試和運(yùn)行狀況分析，對某亞臨界鍋爐高溫再熱器鼓包原因進(jìn)行了分析，認(rèn)為過熱是導(dǎo)致管子鼓包的主要原因，提出了相應(yīng)建議及處理措施。

高溫再熱器；鼓包；過熱

1 概述

某公司4號(hào)鍋爐型號(hào)DG1025／18.2-Ⅱ6，為亞臨界一次中間再熱、自然循環(huán)、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、Π型露天布置的單汽包燃煤鍋爐，于2004年12月投入運(yùn)行。高溫再熱器位于中溫再熱器后側(cè)的水平煙道斜坡區(qū)域，由中溫再熱器每片分成2片，共64片，每片由7根管子繞成U型，規(guī)格Φ60 mm×4 mm（其中與中溫再熱器過渡區(qū)域采用大小頭變徑為Φ51 mm×4 mm）。入口段材質(zhì)為12 Cr1MoV／12 Cr2MoWVTiB（以下簡稱鋼102）。

2015年9月檢修過程中，檢查發(fā)現(xiàn)高溫再熱器部分管子存在鼓包現(xiàn)象，鼓包主要分布在左數(shù)20～ 63排之間的入口側(cè)12Cr1MoV上，鼓包位置靠近焊縫約10～20 mm，見圖1。

圖1 再熱器鼓包管

2 取樣試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 取樣情況

從有鼓包現(xiàn)象的管子中選擇2根進(jìn)行檢測，取樣部位及詳情見表1。

分別對2根管子進(jìn)行蠕脹檢測、厚度檢測、化學(xué)成分分析、金相分析和力學(xué)性能拉伸檢測，其中金相分析和機(jī)械性能檢測分別選取管子的向火側(cè)和背火側(cè)。

表1 試樣編號(hào)及取樣詳情

2.2 蠕脹檢測

采用游標(biāo)卡尺對2根管子的整圈進(jìn)行蠕脹測量，發(fā)現(xiàn)2根管子均存在不同程度的脹粗現(xiàn)象，但均沒有超過DL／T 438—2009《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》中低合金鋼脹粗量2.5%的要求。此外，2

根管子均存在不同程度的不圓問題，在標(biāo)準(zhǔn)許可范圍內(nèi)，見表2。

表2 蠕脹檢測結(jié)果

2.3 厚度檢測

依據(jù)GB／T 11344—2008《無損檢測接觸式超聲脈沖回波法測厚方法》，對2根管子的焊縫兩側(cè)均進(jìn)行厚度測量，厚度值滿足最小壁厚要求，見表3。

表3 厚度檢測結(jié)果mm

2.4 化學(xué)成分分析

采用光譜分析方法對母材和焊縫試樣的化學(xué)成分進(jìn)行了測試，結(jié)果見表4。母材的成分測試結(jié)果滿足GB 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》對12 Cr1MoV和鋼102的成分要求，焊縫成分與母材一致。

表4 化學(xué)成分檢測結(jié)果

2.5 金相分析

將2根管子于鼓包部位沿軸向剖開，對縱截面進(jìn)行金相檢測，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DL／T 884—2004《火電廠金相檢驗(yàn)與評(píng)定技術(shù)導(dǎo)則》進(jìn)行球化（老化）評(píng)級(jí)。

1號(hào)管12 Cr1MoV側(cè)距離焊縫約10 mm處發(fā)生鼓包，鼓包處金相組織為鐵素體、碳化物和極少量珠光體痕跡，碳化物顆粒尺寸較大，主要沿晶界分布，組織球化評(píng)級(jí)為4級(jí)，見圖2（a）；12 Cr1MoV側(cè)鼓包處背面金相組織為鐵素體、珠光體和碳化物，珠光體區(qū)域分散，碳化物主要沿晶界分布，組織球化評(píng)級(jí)為2～3級(jí)，見圖2（b）。鋼102側(cè)向火面金相組織為鐵素體、碳化物和極少量貝氏體痕跡，碳化物顆粒尺寸較大，主要沿晶界分布，組織老化評(píng)級(jí)為4級(jí)，見圖3（a）；鋼102側(cè)背火面金相組織為鐵素體、少量貝氏體和碳化物，碳化物主要沿晶界分布，組織老化評(píng)級(jí)為3～4級(jí)，見圖3（b）。

圖2 1號(hào)管12 Cr1MoV側(cè)金相組織

圖3 1號(hào)管102側(cè)金相組織

2號(hào)管鼓包也發(fā)生在12 Cr1MoV側(cè)，距離焊縫

約10 mm。12 Cr1MoV側(cè)鼓包處金相組織為鐵素體、珠光體和碳化物，珠光體區(qū)域分散，碳化物顆粒尺寸較大，主要沿晶界分布，組織球化評(píng)級(jí)為3級(jí)，見圖4（a）；12 Cr1MoV側(cè)鼓包處背面金相組織為鐵素體、珠光體和碳化物，珠光體區(qū)域分散，碳化物主要沿晶界分布，組織球化評(píng)級(jí)為2～3級(jí)，見圖4（b）。

女人也吸煙，吸那種黑色細(xì)桿的摩爾煙?；鹦敲鳒缰g，霧樣的煙圈被她一個(gè)接著一個(gè)的吐出來，在眼前慢慢地變大，繼而再逐一的擴(kuò)散。

圖4 2號(hào)管12 Cr1MoV側(cè)金相組織

鋼102側(cè)向火面金相組織為鐵素體、碳化物和少量貝氏體痕跡，碳化物顆粒尺寸較大，主要沿晶界分布，組織老化評(píng)級(jí)為3～4級(jí)，見圖5（a）；鋼102側(cè)背火面金相組織為鐵素體、碳化物和少量貝氏體痕跡，碳化物顆粒尺寸較大，主要沿晶界分布，組織老化評(píng)級(jí)為3～4級(jí)，見圖5（b）。

圖5 2號(hào)管102側(cè)金相組織

對1號(hào)、2號(hào)管鼓包一側(cè)，距離鼓包約500 mm處取樣，進(jìn)行金相分析，1號(hào)管距離鼓包約500 mm處向火面金相組織為鐵素體、碳化物和極少量珠光體痕跡，碳化物顆粒尺寸較大，主要沿晶界分布，組織球化評(píng)級(jí)為4級(jí)，見圖6（a）；2號(hào)管距離鼓包約500 mm處向火面金相組織為鐵素體、珠光體和碳化物，珠光體區(qū)域分散，碳化物顆粒尺寸較大，主要沿晶界分布，組織球化評(píng)級(jí)為3級(jí)，見圖6（b）。

圖6 12 Cr1MoV側(cè)距離鼓包約500 mm處金相組織

2.6 力學(xué)性能試驗(yàn)

依據(jù)GB／T 228.1—2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》，對1號(hào)、2號(hào)試樣進(jìn)行拉伸性能試驗(yàn)，兩個(gè)試樣均斷在12 Cr1MoV側(cè)，距離焊縫分別為30 mm和20 mm，見圖7。試驗(yàn)結(jié)果：屈服強(qiáng)度滿足GB 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》對12 Cr1MoV、鋼102的要求，一組抗拉強(qiáng)度和全部延伸率指標(biāo)均不符合要求。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖7 拉伸試驗(yàn)斷裂位置

表5 拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 運(yùn)行狀況分析

按照設(shè)計(jì)要求，高溫再熱器管在出口管段上共安裝10個(gè)溫度測點(diǎn)，分別位于左數(shù)第3、9、16、22、28、37、43、49、56、62根管子上，高溫再熱器報(bào)警溫度為580℃。查閱溫度曲線，發(fā)現(xiàn)各溫度測點(diǎn)高低值差別很大，某一時(shí)間的測點(diǎn)數(shù)值見圖8。圖8中，43排

測點(diǎn)溫度最高，37排次之，3排溫度最低，比最高點(diǎn)低近100℃。

查閱歷史曲線，發(fā)現(xiàn)高溫再熱器溫度測點(diǎn)經(jīng)常出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，最高值606.04℃。

圖8 測點(diǎn)分布

4 鼓包原因分析

鼓包位置發(fā)生于距離焊縫10～20 mm左右，已離開薄弱位置的焊接熱影響區(qū)，與12 Cr2MoWVTiB焊接無需焊后熱處理，排除焊接及熱處理因素導(dǎo)致的鼓包。

母材及焊縫化學(xué)成分符合要求，向火側(cè)和背火側(cè)金相組織差異較大，拉伸試驗(yàn)斷在離開鼓包側(cè)位置，以上因素可排除原材料質(zhì)量問題。

1號(hào)試樣向火側(cè)鼓包處及距離鼓包500 mm處12 Cr1MoV珠光體球化均達(dá)到4級(jí)，鼓包側(cè)抗拉強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)值，說明此段管材性能下降明顯。2號(hào)試樣12 Cr1MoV珠光體球化程度比1號(hào)試樣稍輕，但抗拉強(qiáng)度值已接近標(biāo)準(zhǔn)下限，延伸率低于標(biāo)準(zhǔn)值，說明材料性能也產(chǎn)生了一定的下降。

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為12 Cr1MoV適用于管壁溫度不超過580℃的鍋爐受熱面管。鍋爐受熱面管的溫度測點(diǎn)一般布置于爐外管道上，其所測試的溫度更接近蒸汽溫度，與爐內(nèi)管道的實(shí)際壁溫存在較大差別，試驗(yàn)表明，爐內(nèi)受熱面管的實(shí)際壁溫比爐外蒸汽出口的壁溫高大約30～50℃。結(jié)合曲線顯示的溫度，爐內(nèi)高溫再熱器管的實(shí)際壁溫經(jīng)常達(dá)到580℃以上，最高可能超過630℃，超出其推薦使用溫度。

5 結(jié)語

高溫再熱器管運(yùn)行過程中經(jīng)常發(fā)生超溫現(xiàn)象是造成管子過熱的主要原因，管子長期高溫運(yùn)行，導(dǎo)致顯微組織老化，強(qiáng)度下降，高溫下管子內(nèi)應(yīng)力超過其屈服強(qiáng)度，使管子發(fā)生蠕脹現(xiàn)象。

建議加強(qiáng)運(yùn)行管理，調(diào)整壁溫報(bào)警值，增加壁溫測點(diǎn)，全面監(jiān)控超溫情況。檢修期間加強(qiáng)對高溫再熱器管的防磨防爆檢查，尤其注意蠕脹測量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)脹粗的管子。對發(fā)生脹粗的管子割管取樣進(jìn)行金相組織分析和力學(xué)性能試驗(yàn)，掌握性能變化情況，避免管子失效。

［1］GB 5310—2008高壓鍋爐用無縫鋼管［S］.

［2］DL／T 884—2004火電廠金相檢驗(yàn)與評(píng)定技術(shù)導(dǎo)則［S］.

［3］王偉，何鳳生，竇洪，等.某超超臨界鍋爐水冷壁管鼓包爆管分析［C］.第九屆電站金屬材料學(xué)術(shù)年會(huì)，2011.

［4］尹民權(quán)，張志輝，杜峰，等.2020t／h鍋爐再熱器爆漏原因淺析［J］.山東電力技術(shù)，2002，29（6）：60-62.

［5］王英濤.300 MW鍋爐高溫再熱器超溫問題研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2005.

Bulge Analysis of the High Temperature Reheater

GONG Weiji1，LIU Rui2
（1.Huadian Rower International Technical Service Center，Jinan 250014，China；2.Shandong Electric Power Industry Boiler&Pressure Vessel Inspection Center Co.，Ltd.，Jinan 250003，China）

The reason of the bulge of a sub-critical boiler high temperature reheater was studied using component analysis，microstructure analysis，operation condition analysis and mechanical property test，and the overheat was regarded as the primary cause resulting in bulge.Finally suggestions and countermeasures were proposed.

high temperature reheater；bulge；overheat

TK228

B

1007－9904（2016）10－0062－04

2016-05-07

宮偉基（1969），男，高級(jí)工程師，從事電站承壓設(shè)備失效分析和鍋爐壓力容器管理工作。