高溫再熱器管鼓包原因分析

宮偉基，劉蕊

（1.華電國際技術服務中心，濟南250014；2.山東電力工業鍋爐壓力容器檢驗中心有限公司，濟南250003）

·發電技術·

高溫再熱器管鼓包原因分析

宮偉基1，劉蕊2

（1.華電國際技術服務中心，濟南250014；2.山東電力工業鍋爐壓力容器檢驗中心有限公司，濟南250003）

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

高溫再熱器；鼓包；過熱

1 概述

某公司4號鍋爐型號DG1025／18.2-Ⅱ6，為亞臨界一次中間再熱、自然循環、平衡通風、固態排渣、全鋼架、全懸吊結構、Π型露天布置的單汽包燃煤鍋爐，于2004年12月投入運行。高溫再熱器位于中溫再熱器后側的水平煙道斜坡區域，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，規格Φ60 mm×4 mm（其中與中溫再熱器過渡區域采用大小頭變徑為Φ51 mm×4 mm）。入口段材質為12 Cr1MoV／12 Cr2MoWVTiB（以下簡稱鋼102）。

2015年9月檢修過程中，檢查發現高溫再熱器部分管子存在鼓包現象，鼓包主要分布在左數20～ 63排之間的入口側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 取樣試驗結果與分析

2.1 取樣情況

從有鼓包現象的管子中選擇2根進行檢測，取樣部位及詳情見表1。

分別對2根管子進行蠕脹檢測、厚度檢測、化學成分分析、金相分析和力學性能拉伸檢測，其中金相分析和機械性能檢測分別選取管子的向火側和背火側。

表1 試樣編號及取樣詳情

2.2 蠕脹檢測

采用游標卡尺對2根管子的整圈進行蠕脹測量，發現2根管子均存在不同程度的脹粗現象，但均沒有超過DL／T 438—2009《火力發電廠金屬技術監督規程》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，在標準許可范圍內，見表2。

表2 蠕脹檢測結果

2.3 厚度檢測

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

表3 厚度檢測結果mm

2.4 化學成分分析

采用光譜分析方法對母材和焊縫試樣的化學成分進行了測試，結果見表4。母材的成分測試結果滿足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 化學成分檢測結果

2.5 金相分析

將2根管子于鼓包部位沿軸向剖開，對縱截面進行金相檢測，根據標準DL／T 884—2004《火電廠金相檢驗與評定技術導則》進行球化（老化）評級。

1號管12 Cr1MoV側距離焊縫約10 mm處發生鼓包，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，組織球化評級為4級，見圖2（a）；12 Cr1MoV側鼓包處背面金相組織為鐵素體、珠光體和碳化物，珠光體區域分散，碳化物主要沿晶界分布，組織球化評級為2～3級，見圖2（b）。鋼102側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，組織老化評級為4級，見圖3（a）；鋼102側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，組織老化評級為3～4級，見圖3（b）。

圖2 1號管12 Cr1MoV側金相組織

圖3 1號管102側金相組織

2號管鼓包也發生在12 Cr1MoV側，距離焊縫

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

女人也吸煙，吸那種黑色細桿的摩爾煙。火星明滅之間，霧樣的煙圈被她一個接著一個的吐出來，在眼前慢慢地變大，繼而再逐一的擴散。

圖4 2號管12 Cr1MoV側金相組織

鋼102側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，組織老化評級為3～4級，見圖5（a）；鋼102側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，組織老化評級為3～4級，見圖5（b）。

圖5 2號管102側金相組織

對1號、2號管鼓包一側，距離鼓包約500 mm處取樣，進行金相分析，1號管距離鼓包約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，組織球化評級為4級，見圖6（a）；2號管距離鼓包約500 mm處向火面金相組織為鐵素體、珠光體和碳化物，珠光體區域分散，碳化物顆粒尺寸較大，主要沿晶界分布，組織球化評級為3級，見圖6（b）。

圖6 12 Cr1MoV側距離鼓包約500 mm處金相組織

2.6 力學性能試驗

依據GB／T 228.1—2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》，對1號、2號試樣進行拉伸性能試驗，兩個試樣均斷在12 Cr1MoV側，距離焊縫分別為30 mm和20 mm，見圖7。試驗結果：屈服強度滿足GB 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》對12 Cr1MoV、鋼102的要求，一組抗拉強度和全部延伸率指標均不符合要求。試驗結果見表5。

圖7 拉伸試驗斷裂位置

表5 拉伸試驗數據

3 運行狀況分析

按照設計要求，高溫再熱器管在出口管段上共安裝10個溫度測點，分別位于左數第3、9、16、22、28、37、43、49、56、62根管子上，高溫再熱器報警溫度為580℃。查閱溫度曲線，發現各溫度測點高低值差別很大，某一時間的測點數值見圖8。圖8中，43排

測點溫度最高，37排次之，3排溫度最低，比最高點低近100℃。

查閱歷史曲線，發現高溫再熱器溫度測點經常出現超溫現象，最高值606.04℃。

圖8 測點分布

4 鼓包原因分析

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

母材及焊縫化學成分符合要求，向火側和背火側金相組織差異較大，拉伸試驗斷在離開鼓包側位置，以上因素可排除原材料質量問題。

1號試樣向火側鼓包處及距離鼓包500 mm處12 Cr1MoV珠光體球化均達到4級，鼓包側抗拉強度低于標準值，說明此段管材性能下降明顯。2號試樣12 Cr1MoV珠光體球化程度比1號試樣稍輕，但抗拉強度值已接近標準下限，延伸率低于標準值，說明材料性能也產生了一定的下降。

傳統觀點認為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，與爐內管道的實際壁溫存在較大差別，試驗表明，爐內受熱面管的實際壁溫比爐外蒸汽出口的壁溫高大約30～50℃。結合曲線顯示的溫度，爐內高溫再熱器管的實際壁溫經常達到580℃以上，最高可能超過630℃，超出其推薦使用溫度。

5 結語

高溫再熱器管運行過程中經常發生超溫現象是造成管子過熱的主要原因，管子長期高溫運行，導致顯微組織老化，強度下降，高溫下管子內應力超過其屈服強度，使管子發生蠕脹現象。

建議加強運行管理，調整壁溫報警值，增加壁溫測點，全面監控超溫情況。檢修期間加強對高溫再熱器管的防磨防爆檢查，尤其注意蠕脹測量，及時發現脹粗的管子。對發生脹粗的管子割管取樣進行金相組織分析和力學性能試驗，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火電廠金相檢驗與評定技術導則［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術年會，2011.

［4］尹民權，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，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，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，高級工程師，從事電站承壓設備失效分析和鍋爐壓力容器管理工作。