330 MW機組末級過熱器異物堵塞及泄漏失效分析

李秀廣，鄭準備，陳 璟，何 華

(中國大唐集團科學技術研究院有限公司西北分公司，西安 710065)

330MW機組末級過熱器異物堵塞及泄漏失效分析

李秀廣，鄭準備，陳 璟，何 華

(中國大唐集團科學技術研究院有限公司西北分公司，西安 710065)

某火力熱電廠330 MW機組2號鍋爐末級過熱器因異物堵塞導致泄漏事故，對2號鍋爐末級過熱器泄漏管樣、末級過熱器吹漏管樣進行了宏觀檢查、化學成分、室溫力學性能、顯微組織、顯微硬度、氧化皮厚度、垢量及垢樣成分等項目的試驗與分析，針對試驗分析結果對泄漏原因進行了綜合分析，結果表明此次泄漏事故原因為異物堵塞導致管樣長時超溫。

末級過熱器；泄漏；長時超溫；異物堵塞

某火力熱電廠330 MW機組采用的是上海鍋爐廠生產的1 065 t/h亞臨界自然循環鍋爐、單爐膛、一次中間再熱、燃燒器擺動調溫、平衡通風、四角切向燃燒、固態出渣。

發電機為T255-460型三相、星形、兩極、隱級式轉子同步發電機。鍋爐型號SG-1065/18.4-M746，鍋爐整體型布置、全鋼架懸吊結構。汽輪機型號為NC330-17.75/0.4/540/540，型式為亞臨界、單軸、三缸、兩排汽、一次中間再熱、采暖抽汽蒸汽式汽輪機。2016年11月25日19時05分發現泄漏報警，26日00時41分停運，爆管位置為末級過熱器A至B側第41排，爐前至爐后第三根管子(1號泄漏管)迎火面下彎頭泄漏，泄漏后蒸汽將相鄰的第二根管子(2號吹漏管)吹漏。1號、2號管樣材質為T23，爆管規格為F51×7 mm。截止發生泄漏事故時，機組共運行時間約46 415 h時。

1 試驗與分析

1.1 宏觀檢查分析

1號泄漏管泄漏處張口較小，管壁厚度減薄不明顯，管樣外壁可見明顯藍黑色氧化物斷層，管樣未明顯變粗，外壁泄漏處附近有大量軸向裂紋，內外壁可見較厚的一層氧化皮，管子呈現出長時超溫特征，見圖1。

1號管樣泄漏時高溫高壓蒸汽將2號管樣表面吹漏，2號管樣外壁呈紅棕色，僅見輕微氧化皮存在，吹漏處管壁厚度減薄明顯，見圖2。1號管樣內外壁氧化皮厚度明顯大于2號管樣，表明1號管樣受熱程度遠大于2號管樣。

1.2 化學成分分析

經管樣打磨預處理后，用OLYMPUS光譜儀進行化學成分[1]復核，結果見表1。結果表明，1號泄漏管和2號吹漏管母材成分正常，均符合ASME SA213標準對T23材料成分的要求[2-4]。

表1 化學成分分析結果(質量分數)

圖1 1號泄漏管樣

圖2 2號吹漏管樣

1.3 室溫力學性能試驗

對1號泄漏管樣和2號吹漏管樣直管處各取三個試樣進行三項力學性能指標試驗，試驗結果見表2。1號泄漏管樣的三個試樣試驗結果均不合格，除斷后伸長率指標外，屈服強度和抗拉強度試驗值均低于標準要求下限值，泄漏管樣的性能下降明顯。2號吹漏管樣的三個試樣屈服強度、抗拉強度及斷后伸長率均符合標準要求[5-7]。

表2 室溫力學性能試驗結果

1.4 顯微組織分析

1號泄漏管和2號吹漏管材質為T23，分別在泄漏處和吹漏處取樣后進行浸蝕，并在Leica DMI 3000M型光學顯微鏡下對管樣進行顯微組織觀察，依據DL/T 884—2004《火電廠金相檢驗與評定技術導則》、DL/T 999—2006《電站用2.25Cr-1Mo鋼球化評級標準》對管樣進行了金相顯微組織分析與評定。1號泄漏管樣和2號吹漏管樣金相顯微組織如圖3和圖4所示。由圖3可見，1號泄漏管樣組織不均勻，為鐵素體+貝氏體，貝氏體球化嚴重，為4～5級。組織中明顯可見大部分碳化物分布在鐵素體晶界上，部分晶界碳化物呈鏈狀，管樣組織的嚴重劣化導致管子強度下降。由圖4可見，2號吹漏管樣組織大小較均勻，為鐵素體+貝氏體，貝氏體呈傾向性球化，球化等級約2級。在組織中可看到明顯聚集形態的貝氏體，貝氏體形態完整，組織未見異常。

1.5 顯微硬度試驗

在1號泄漏管和2號吹漏管的管樣端部打磨后，進行維氏顯微硬度試驗，試驗結果見表3。試驗結果表明，1號泄漏管樣硬度明顯低于標準要求下限值，2號吹漏管樣硬度合格，符合標準要求。

表3 顯微硬度測量結果

1.6 氧化皮厚度測量試驗

對1號、2號管樣顯微組織試樣在金相顯微鏡下進行內外壁氧化皮厚度測量，見圖5～圖8。1號管樣泄漏處附近的內外壁均可見較厚的氧化層，外壁氧化層厚度在0.53 mm、內壁氧化層厚度在 0.76 mm左右，外壁有呈縱向分布的裂紋，內壁明顯有塊狀的氧化皮脫落。2號吹漏管內外壁氧化皮厚度未見異常。

圖3 1號泄漏管樣金相組織

圖4 2號吹漏管樣金相組織

圖5 1號管樣內壁氧化皮厚度測量

圖6 1號管樣外壁氧化皮厚度測量

圖7 2號管樣內壁氧化皮厚度測量

圖8 2號管樣外壁氧化皮厚度測量

1.7 垢量及垢樣成分分析

對1號泄漏管和2號吹漏管內壁垢量測試結果如表4所示，1號泄漏管和2號吹漏管的垢樣成分分析結果分別如表5和表6所示。

表4 垢量測試結果

由垢量及垢樣成分分析結果，可以看出1號泄漏管的垢量高達3 234.71 g/m2，已超過DL/T 794—2012《火力發電廠鍋爐化學清洗導則》中“當過熱器垢量超過400 g/m2進行化學清洗的建議值”，垢量超標驗證了1號泄漏管處于長時超溫狀態。另外，1號管樣垢量中含有FeO，FeO在低于570℃的條件下具有熱不穩定性，可以分解生成鐵和Fe3O4，管樣中大量出現FeO也進一步驗證了1號泄漏管處于長時超溫狀態，管壁溫度超過570℃。2號吹漏管管樣垢量含量及垢樣成分均未見異常，符合技術標準要求。

表5 1號泄漏管垢樣成分分析

表6 2號吹漏管垢樣成分分析

1.8 堵塞異物化學成分分析

現場將泄漏管樣割除后，進行內窺鏡檢查，發現管內存在異物堵塞，見圖8。對堵塞異物進行能譜化學成分分析，其中Cr、Mo、W含量符合T23材質標準，能譜分析點及能譜分析結果如圖9和圖10所示。堵塞異物能譜分析結果見表7。

圖9 管內異物堵塞

圖10 堵塞異物能譜分析

表7 堵塞異物能譜分析結果

2 結語

(1) 電廠在制造或檢修期間更換、加工T23材質管子時，清潔工作不徹底，使部分管子內存在少量的遺留物，在沖洗時未能徹底排出，開始時堵塞物比較分散，未聚集在一起，在蒸汽的帶動下隨介質移動，逐漸聚集為一團，最終使介質流動受阻，受熱面管道冷卻不足，造成泄漏管長時超溫過熱運行，使其組織明顯發生劣化和性能顯著下降，最終發生泄漏失效[2]。

(2)與1號泄漏管相鄰的2號吹漏管的強度、組織均符合相關標準要求，排除了因鍋爐運行不當而導致此次泄漏事故的發生。

3 建議

(1)在末級過熱器上增加壁溫測點[3]，以全面監測爐管運行情況。定期做好運行溫度比較高的高溫受熱面管的割管檢查，并及時掌握其內壁氧化層的脫落情況。

(2)利用停爐機會，加強對末級過熱器的宏觀檢查，重點排查存在變色、脹粗、外壁氧化層明顯增厚等情況[4]。

(3)加強汽水品質化驗[5-7]，確保水汽質量符合標準，嚴格控制含氧量，減緩受熱面管氧化皮的生成。

(4)做好運行、檢修全過程的鍋爐壓力容器監督，嚴格執行“四管”防爆管理制度，提高檢驗和檢修質量和設備可靠性，減少鍋爐“四管”爆管泄漏事故的發生。

(5)鍋爐受熱面管更換時，要采用砂輪割管，盡量避免采用火焊切割，在管道對口焊接前須認真進行檢查，確保管道內無異物。

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LeakageFailureAnalysisforFinalSuperheaterin330MWUnit

LI Xiuguang，ZHENG Zhunbei，CHEN Jing，HE Hua

(Northwest Branch, Science and Technology Institute Co., Ltd., China Datang Corporation，Xi′an 710065, China)

Leakage failure occurred due to the alien object blockage in final superheater of Boiler 2 in 330 MW thermal unit. The sample tubes of the leaking and blowing final superheater of Boil 2 were tested and analyzed, including macroscopic examination, chemical composition, room temperature mechanical properties, microstructure, microhardness, oxide scale thickness, scale amount and composition, etc. The analysis result shows that the leakage of final superheater tube is due to the long-time over-temperature resulted from the blockage by alien objects.

final superheater; leakage; long-time over-temperature; blockage by alien objects

10.11973/dlyny201705029

李秀廣(1990—)，男，碩士，工程師，主要從事金屬材料無損檢測及理化分析研究。

TM732

A

2095-1256(2017)05-0619-04

2017-08-05

(本文編輯：趙艷粉)