滄電鍋爐受熱面幾種典型失效案例分析

鄭立剛+薛永波

摘 要：失效分析是科學(xué)性、技術(shù)性很強(qiáng)的綜合學(xué)科，鍋爐受熱面是機(jī)組安全運(yùn)行的關(guān)鍵部件，對(duì)其失效部件進(jìn)行科學(xué)的綜合性分析，可以有效避免后繼事故的發(fā)生，保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。本文就滄電鍋爐受熱面幾種典型失效案例進(jìn)行分析，以供同類型機(jī)組參考和避免。

關(guān)鍵詞：鍋爐；受熱面；失效；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.066

1 過熱器及再熱器失效案例分析

1.1 過熱器失效案例

滄東3號(hào)鍋爐型號(hào)為SG2080/25.4 M969，由上海鍋爐廠制造，額定蒸發(fā)量2028t/h。鍋爐運(yùn)行約30000h，后屏過熱器發(fā)生泄漏，位置位于爐膛內(nèi)受熱面左數(shù)第3屏前數(shù)第7根，距下彎頭約3.5mm處背火側(cè)，材質(zhì)SA213T91，規(guī)格Φ48×7mm。該管子泄漏后對(duì)同屏相鄰第8根管有吹損，割管檢查發(fā)現(xiàn)被吹損管子內(nèi)壁有一條縱向裂紋，該吹損管子材質(zhì)、規(guī)格與第7根相同。

泄漏管子外壁呈現(xiàn)吹損形貌，內(nèi)壁為線性裂紋特征，泄漏點(diǎn)附近管子無變形、無脹粗、表面無氧化皮，金相組織正常，機(jī)械性能良好，分析為原始環(huán)向裂紋開裂后出現(xiàn)微小泄漏，經(jīng)長周期運(yùn)行造成爆破。被吹損的第8根管子無泄漏，但發(fā)現(xiàn)其內(nèi)壁存在縱向裂紋，裂紋較長，深度約占壁厚的4/5。裂紋邊緣金相組織正常，無變形，裂紋內(nèi)有氧化皮，裂紋尖端圓鈍，無擴(kuò)展痕跡。

從裂紋形貌及金相組織分析，其形成于管子加工過程中，熱處理之前，分析為原始裂紋，在運(yùn)行期間暫時(shí)沒有擴(kuò)展跡象。第7、8根管子缺陷出現(xiàn)的位置均距焊縫100mm之內(nèi)，分析認(rèn)為管子在生產(chǎn)加工過程中需進(jìn)行渦流檢驗(yàn)，由于渦流探頭尺寸的限制，一般鋼管兩端100mm范圍內(nèi)的缺陷不能檢測(cè)出來，管子出廠時(shí)制造商應(yīng)將盲區(qū)切除，以保證管子沒有缺陷。如此巧合的出現(xiàn)裂紋缺陷，有理由懷疑該批T91管在進(jìn)行渦流檢測(cè)后沒有對(duì)端頭進(jìn)行盲區(qū)切除。

1.2 再熱器失效案例

滄東2號(hào)鍋爐檢修啟動(dòng)后3天，高溫再熱器出口管屏左數(shù)第20排，前數(shù)第1、2根發(fā)生泄漏，管子材質(zhì)為SA213T91，規(guī)格Φ57×4mm。

泄漏點(diǎn)呈圓孔狀，附近管子沒有明顯的鼓包、脹粗、變形現(xiàn)象，外壁邊緣也沒有被吹損痕跡，泄漏點(diǎn)表面有弧坑，外觀形貌與吹損減薄泄漏有明顯區(qū)別，內(nèi)壁邊緣氧化皮有脫落。

采用體視顯微鏡觀察漏點(diǎn)邊緣，發(fā)現(xiàn)表面存在電焊燒蝕痕跡，說明該漏點(diǎn)圓坑泄漏前已經(jīng)形成且泄漏后沒有被蒸汽吹損。 使用S-3700N掃描電鏡對(duì)漏點(diǎn)邊緣進(jìn)行掃描電鏡分析，通過觀察，漏點(diǎn)邊緣有較多針孔和弧坑裂紋，表面波紋類似金屬融化形態(tài)。使用EDAX能譜儀對(duì)坑底表面進(jìn)行能譜分析，坑底除T91基體元素外，還有較多O、Si、Ca、Mn等元素，推測(cè)為電焊藥皮成分。

金相檢查發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)邊緣兩側(cè)均存在粗大馬氏體焊接組織，且伴有熱影響區(qū)，其他位置均為正常的回火馬氏體。啟動(dòng)后3天即發(fā)生泄漏，從運(yùn)行時(shí)間及泄漏點(diǎn)形貌分析，推測(cè)是檢修過程中焊接灼傷管子表面，造成壁厚減薄，強(qiáng)度不足，導(dǎo)致泄漏。

2 水冷壁失效案例

2.1 綜合因素導(dǎo)致泄露案例

2015年9月3號(hào)鍋爐水冷壁中間集箱入口螺旋段焊口運(yùn)行中開裂，管子材質(zhì)15CrMoG，規(guī)格Φ38×7mm。

宏觀可見水冷壁管爐膛外側(cè)兩條裂紋及帶壓堵漏焊縫組織，爐膛內(nèi)側(cè)三條裂紋及鰭片處兩條裂紋，裂紋已貫穿內(nèi)外壁；宏觀金相試樣可知對(duì)接焊口采用氬弧焊打底手工電弧焊蓋面焊接工藝，手工電弧焊熔敷金屬層厚度6.0mm，且宏觀組織為粗大柱狀晶，說明手工電弧焊焊接線能量較大。在距離焊縫正中線向下30mm處截取母材金相試驗(yàn)面，宏觀可見爐膛外側(cè)存在兩條鰭片裂紋，整個(gè)截面內(nèi)孔呈現(xiàn)沿鰭片方向伸長的橢圓，經(jīng)測(cè)量內(nèi)孔長徑26.80mm，內(nèi)孔短徑23.50mm，以外徑為基準(zhǔn)橢圓度為8.7%，說明水冷壁管承受了較大鰭片方向的拉伸應(yīng)力。金相組織觀察可見沿晶開裂的微裂紋，這些裂紋均表現(xiàn)出殘余應(yīng)力釋放后形成的形貌。

綜合分析：水冷壁鰭片采用氬弧焊打底電弧焊蓋面工藝，因電弧焊線能量較大，且施焊層過厚，導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生的殘余應(yīng)力過大，鍋爐在運(yùn)行中受膨脹及收縮力影響，導(dǎo)致鰭片與母材存在一定的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，在焊接殘余應(yīng)力及結(jié)構(gòu)應(yīng)力共同作用下，焊縫產(chǎn)生沿晶釋放裂紋，并隨運(yùn)行時(shí)間增加裂紋擴(kuò)展直至開裂。

2.2 焊接缺陷導(dǎo)致泄露案例

2009年5月4號(hào)鍋爐水冷壁前墻約34米左數(shù)第101根鰭片附近發(fā)生泄露，漏點(diǎn)呈圓孔狀，附近管子無鼓包、脹粗、變形、減薄，泄露管子表面無吹損痕跡，管子材質(zhì)15CrMoG，規(guī)格Φ38×7mm。

該漏點(diǎn)位于向火側(cè)鰭片與管子焊縫附近，焊縫外觀質(zhì)量不良，存在表面氣孔等缺陷，解剖該氣孔缺陷，發(fā)現(xiàn)氣孔深度已達(dá)壁厚的1/2。

腐蝕后觀察管子橫截面，除鰭片焊縫外，在漏點(diǎn)兩側(cè)均有明顯的焊接組織，貫穿整個(gè)壁厚。從金相組織看，在焊縫及熔合線位置存在魏氏組織 ，說明焊接時(shí)線能量較大，組織出現(xiàn)過熱，管子母材均為鐵素體+珠光體，未見明顯老化，珠光體球化1.5級(jí)。

分析認(rèn)為泄漏原因是管子鰭片焊接時(shí)，焊接線能量較大，焊接質(zhì)量不佳，造成氣孔等危害性缺陷，運(yùn)行后缺陷擴(kuò)展導(dǎo)致泄露。

3 結(jié)束語

鍋爐運(yùn)行事故中，受熱面失效所占比例較大，目前已成為影響機(jī)組可靠性的主要因素。本文對(duì)滄東電廠鍋爐受熱面幾個(gè)典型失效案例進(jìn)行分析，從而找出造成失效的型式及失效機(jī)理，從而制定措施，提高機(jī)組運(yùn)行可靠性。

作者簡(jiǎn)介：鄭立剛，男，天津人，本科，工程師，研究方向：鍋爐檢修及金屬監(jiān)督、焊接。