某電廠2#機1#高加盤管開裂原因分析

周楊，王立坤

（1．盛虹煉化（連云港）有限公司機動設備部，江蘇 連云港 222000；2.中國石油獨山子石化分公司壓力容器檢驗所，新疆 克拉瑪依 833699）

某熱電廠2#機1#高加盤管發生泄漏。該設備1992年投用，水側壓力14MPa、溫度200℃，汽側壓力1.3~1.4MPa，溫度300℃，盤管規格Φ32×5，設計材料20G。

1 宏觀檢查

發現熱電廠2#機1#高加盤管與集合管焊口發生開裂泄漏，發生泄漏的盤管附近母管和層間隔板外表面明顯有被沖刷痕跡，見圖1。

圖1 高加開裂情況

觀察泄漏處發現焊口處微微發紅，用榔頭輕輕敲擊后焊口脫落，里面漏出了紅色轉塊狀物質。將盤管氣割切斷，里面的塊狀物基本將盤管堵住。將失效盤管取回實驗室檢查，其外表面被沖刷區有大量凹坑，見圖2。

圖2 盤管開裂情況

2 硬度檢測

使用430SVD數顯維氏硬度計按照GB/T4340.1-2009《金屬材料維氏硬度試驗第1部分：試驗方法》對盤管進行硬度試驗。試驗位置選擇盤管橫截面進行，外表面硬度平均值172.5HV10，中間硬度平均值170.2HV10，內表面硬度平均值170.6HV10。盤管內外表面硬度差異不大，根據DL/T674-199920號鋼珠光體球化評級標準，20G珠光體球化度1級時，硬度范圍不小于141HB，按照此標準盤管應未發生珠光體球化。

2 化學的成分

取開裂盤管樣制成光譜分析樣品，按照GB/T4336-2016《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測定火花放電原子發射光譜法》，使用德國SPECTROLab.M11型固定式直讀光譜儀對樣品進行光譜分析，測得各元素含量見表1。

如盤管設計材料為20G，由表1數據可知，所檢樣品化學元素中Mn元素較標準高0.10，考慮到成品分析偏差，根據GB/T222-2006《鋼的成品化學成分允許偏差》，非合金鋼測試樣品Mn含量在0.75%時將標準上限向上加0.03%，即成品分析合格含量可放大到0.68%，但檢測Mn含量結果仍不滿足GB5310-2008高壓鍋爐用無縫鋼管中20G要求，高出0.07%。

3 金相檢驗

取開裂盤管橫截面試樣，按照GB/T13298-2015《金屬顯微組織檢驗方法》進行金相檢驗。經檢驗該盤管金相組織為鐵素體+珠光體，組織呈帶狀，珠光體區清晰可見，局部區域珠光體呈顆粒狀，大部分呈層片狀，按照DL/T674-1999《20號鋼珠光體球化評級標準》珠光體球化等級評為1級，見圖3。

表1 盤管成分含量 ω/%

盤管內外表面可見有氧化情況，氧化情況不嚴重，僅有1~3個晶粒程度，氧化過程無選擇性，基本為均勻腐蝕，見圖4。

圖3 盤管中間金相組織

圖4 盤管內表面金相組織

4 厚度測試

按照GB/T11344-2008《無損檢測接觸式超聲脈沖回波法測厚方法》，使用MMX6對該高加開裂盤管進行厚度測量。經過檢驗，泄漏點周圍其他盤管厚度并未出現明顯變化，僅在本次開裂盤管對側盤管焊縫附近發現有厚度減薄情況，厚度已經減薄至3.41mm。

5 工藝過程分析

高加管程走水，殼程走蒸汽，運行過程中由于高壓加熱器開停車時，儀表水位監測出現“虛假水位”，高加熱器危急疏水調節門質量不佳，出現內漏，都會造成高加內盤管溫度快速變化，產生熱應力。在這種循環熱應力作用下，盤管特別是盤管與母管焊接的結構不連續部位容易發生疲勞損傷破壞。

6 檢驗結果分析

經檢驗，盤管基本符合GB5310-2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》中20G要求。未見有明顯劣化情況。內外表面有較輕微氧化情況但不嚴重，不是造成本次事故的原因。由于取樣時將盤管斷口破壞，不能對斷口進行詳細分析。宏觀檢查集合管和盤管有被沖刷情況，其他部位未見有沖刷，測厚檢測證明盤管壁厚無減薄，證明該處的沖刷是個案。通過對工藝過程的分析，盤管與母管的焊接部位由于結構不連續，每組盤管的最外側一根承受了最大的沖刷、震動、熱應力。因此失效集中在盤管與母管之間。焊口開裂后盤管內高壓水噴出，對附近的集合管和盤管以及層間板造成了沖刷。宏觀檢查時見到盤管內有一個塊狀腐蝕產物，應為Fe3O4，其來源有以下幾個方面：

（1）補水率低，爐水的濃縮，導致腐蝕性離子Cl-、SO42-在局部濃度升高，加速材料的腐蝕，產生Fe3O4。Fe3O4在水汽系統中的溶解度極小，會在介質流速緩慢或者流體穩定的地方沉積。

（2）由于凝汽器的泄漏，大量雜質進入到水中，當有機物進入介質中時，會在熱力系統作用下分解出酸，對材料的腐蝕產物也為Fe3O4。

當腐蝕產物在高加集合管向盤管出口處沉積并逐漸長大，介質流速增大，造成該處流體產生擾流，擾動的流體對開裂盤管內表面產生沖刷，導致材料從內壁開始減薄。同時由于長大腐蝕產物的存在，減少了集合管向盤管疏水量，不能將殼程傳導至盤管的熱量帶走，導致盤管溫度升高。隨著盤管溫度材料力學性能下降，加速了開裂。

綜上，集合管與盤管之間焊口處有大塊的腐蝕產物沉積，造成盤管溫度升高，力學性能下降，沖刷腐蝕加劇。并且焊縫處結構不連續，受高加工藝原因焊縫處存在震動，最終在內外部壓力差作用下導致焊口開裂。

7 結語

（1）盤管出口處由于大塊腐蝕物沉積，造成焊縫區溫度升高，沖刷腐蝕加劇，在震動和內外部壓力差作用下導致焊縫開裂。

（2）加強啟動機組系統水沖洗和機組啟動過程中水質監督，嚴格執行“給水不合格不進爐，蒸汽不合格不并汽，凝結水、疏水不合格不回收”的原則。

（3）優化高加啟動和停機工藝過程，減少熱沖擊的影響。

（4）提高水位測量精度，保證高加內部水汽平衡。