某電廠省煤器管失效機理分析

胡 鑫，俞 曠

（華電電力科學研究院，浙江 杭州 310030）

0 引言

某電廠#2鍋爐上級省煤器三個月內頻繁發生爆管泄漏，爐管為 20G材質錯列布置的螺旋鰭片管。該電廠#2機組于2007年5月投產，鍋爐為DG-480/13.7-Ⅱ10型，超高壓自然循環汽包爐。

為分析爆管原因，現對爆管樣品進行金相組織、力學性能、斷口形貌及化學成份檢測。

1 試驗方法與結果

1.1 宏觀檢查

圖1為上級省煤器管泄漏后，泄漏位置的宏觀照片。由圖1(a)～(b)可以看出泄漏點兩側的螺旋鰭片高度發生了變化，由外向內高度依次降低，而接近泄漏點附近的鰭片上半部分完全消失，同時由圖1(c)可以發現泄漏位置一側（迎風側）的省煤器管壁由于磨損而明顯減薄，省煤器的磨損是導致省煤器泄漏的重要原因[1]。

圖1 泄漏省煤器管宏觀形貌Fig.1 Macroscopic morphology of the leaky economizer tube

1.2 金相檢查

圖2(a)～圖2(c)為發生泄漏的省煤器管上的3個不同位置的金相組織照片，通過對比可以看出，泄漏位置、遠離泄漏位置以及兩者中間位置的金相組織均為鐵素體加珠光體組織[2]，且晶粒大小分布形態基本一致，并與20G鋼管的一般供貨態金相組織一致，晶粒大小也在正常范圍，并未發生明顯組織變化，這說明省煤器管未發生超溫現象。

圖2泄漏省煤器管微觀形貌Fig.2 Micromorphology of the leaky economizer tube

1.3 抗拉強度檢測

表1為抗拉強度的試驗結果，結果顯示該省煤器管抗拉強度在445～470MPa，符合標準GB5310-2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》20G的技術要求。

表1 抗拉強度檢測結果Tab.1 Results of tensile strength test

1.4 硬度檢測

表2為硬度測試結果，結果顯示該省煤器管硬度值在147～155HB，符合標準DL/T 438-2016《火力發電廠金屬技術監督規程》20G的技術要求。

表2 硬度測試結果Tab.2 Results of hardness test

1.5 掃描電鏡斷口分析

1.5.1 泄漏區域表面的斷口形貌及成分測試

為查明泄漏原因，對泄漏部位進行了進一步的測試分析。

圖3為漏點附近區域的掃描電鏡照片，由圖3a可以清晰的觀察到經過沖刷后留下的沖刷線（圖中箭頭標注的位置）。圖3(b)為對圖3(a)中1號箭頭指示區域進一步放大的微觀形貌照片，可以明顯地觀察到圖中箭頭所指區域發生了典型的三角分叉的裂紋及研磨過的痕跡。圖3(c)為進一步放大后的微觀形貌，可以看到圖中箭頭所指的氧化腐蝕層位置發生了明顯的剝落痕跡[3]。裂紋的出現可能是由于沖蝕磨損導致的基體疲勞裂紋擴展而發生的，而基體剝落是這一行為發展到一定程度導致的，這說明煤灰的高速沖刷可能是導致該區域泄漏，從而引起鍋爐管道失效的重要原因之一[4]。

圖3 泄露區域表面斷口形貌Fig.3 Surface fracture surface morphology of leaked area

圖4(a)、圖4(b)為對泄漏區域附近位置進行的EDS分析，可以看出在泄漏區域附近位置只存在少量的S元素甚至不存在S元素，這說明該區域未發生硫腐蝕或者發生了硫腐蝕但腐蝕產物被高速的粉塵氣流沖刷帶走，與此同時發現在該區域表面存在Ca、Al、Si、Na、K等元素，這進一步說明煤灰的沖刷對該區域造成了巨大影響，很可能是造成該區域泄漏的重要原因。

圖4 泄露區域附近表面形貌及能譜分析Fig.4 Surface morphology and energy dispersion spectrum analysis near the leaked region

1.5.2 完好區域表面及表面附著物成分測試

為了進一步分析泄漏原因，對泄漏省煤器管的完好部位的表面以及附著物進行了成分EDS分析，其中圖5(a)、圖5(b)為表面的EDS分析結果，結果顯示該區域表面含有S元素且含量與泄漏區域S含量接近。

表3 泄漏區域表面成分EDS分析結果Tab.3 Analysis results of surface composition EDS in leakage region

圖5 完好區域表面斷口形貌及能譜分析Fig.5 The surface fracture morphology and energy spectrum analysis of the perfect region

表4 完好區域表面成分EDS分析結果Tab.4 EDS analysis results of surface composition in perfect region

圖6(a)、圖6(b)為附著物成分的EDS分析，可以看出附著物中的S元素含量遠遠高于泄漏及完好區域的S元素含量，結合圖5(a)、圖5(b)的結果，說明省煤器管可能發生了輕微的S腐蝕，但是S腐蝕的程度是微乎其微的，泄漏位置之所以發生泄漏，結合前面的測試結果，可以認為其主要原因是由于粉煤灰快速沖蝕導致的，這也解釋了圖1中省煤器管鰭片形狀變化以及迎風面薄壁的成因，這是由于煤灰經過中隔墻煙氣阻流板變向后，以一定的角度沖向省煤器管，從而造成了鰭片形狀有規則的分布，同時導致了各省煤器管迎風面管壁的嚴重減薄，產生沖刷腐蝕現象[5]。當省煤器管壁減薄腐蝕到一定程度，管子就會產生泄露失效。

表5 附著物表面成分EDS分析結果Tab.5 EDS analysis results on surface composition of attachments

2 結論及建議

綜合上述試驗測試及分析結果，可以得出導致該鍋爐上級省煤器管頻繁泄漏的主要原因是高速粉煤灰氣流沖刷省煤器管而產生的沖蝕磨損，建議對實際燃煤煤質進行校驗，或對該區域省煤器增加防磨蓋板或進行結構優化改造來降低該區域省煤器管的磨損泄漏，提高機組安全運行能力。

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