350 MW電站鍋爐高溫再熱器失效分析

鞏振泉 ，王博磊， 昃 剛，高冬軍

(1.河北冀研能源科學技術研究院有限公司，河北 石家莊 050000；2.河北建投任丘熱電有限責任公司，河北 滄州 061000)

0 概 述

某廠一臺350 MW電站鍋爐，型號為W火焰carolina型350 MW鍋爐，亞臨界壓力，一次中間再熱，自然循環，雙拱型單爐膛，尾部雙煙道，平衡通風，固態排渣，全鋼結構，全懸吊結構，露天布置。過熱蒸汽出口壓力為182.0 kg/cm2，出口溫度540 ℃；再熱蒸汽入口壓力30.8 kg/cm2，再熱蒸汽入口溫度301 ℃，再熱蒸汽出口壓力29.4 kg/cm2，再熱蒸汽出口溫度539 ℃，高溫再熱器出口屏共117排，每排6根管。1990年12月5日投產運行。

2006年A修時，將高溫再熱器出口屏全部更換新管，材質由12Cr1MoVG替換為SA213-T91，規格為Φ44.5×4.5 mm。T91 鋼是美國研制的 9Cr1Mo 鋼， 被美國ASTM列為鍋爐用鋼SA213-T91。 主要用于電站鍋爐過熱器、 再熱器管。 其主要特點是高溫持久性能、 蠕變性能優異，沖擊韌性好，用于金屬壁溫≤625 ℃的高溫過熱器和金屬壁溫≤650 ℃的高溫再熱器管排及超臨界鍋爐高溫集箱和主蒸汽管道； 具有良好的冷加工性能和傳熱性能[1]。 T91鋼靠合金化原理，尤其是添加了少量鈮、釩等微量元素，高溫強度、抗氧化性較12 Cr1MoV鋼有較大的提高。

2019年A級檢修后并網3天，運行中發現鍋爐泄漏檢測裝置第17測點能量值高，停爐后檢查發現高溫再熱器出口屏左數第20排，前數第1、2根管泄漏。

1 試驗分析

1.1 宏觀檢測

經宏觀檢測分析，確定高溫再熱器出口屏左數第20排前數第2根管上的漏點為第一漏點，前數第1根管的泄漏是由于前數第2根管泄漏后吹損導致。如圖1、2所示，第一漏點呈圓孔狀，漏點附近管子沒有鼓包、脹粗、變形，漏點外壁邊緣沒有被吹損痕跡，表面有麻坑，與其他吹損減薄漏點有明顯區別，漏點內壁邊緣氧化皮有脫落。

圖1 第1漏點外壁宏觀照片

圖2 第1漏點內壁宏觀照片

1.2 微觀檢測

采用體視顯微鏡觀察漏點外壁邊緣，如圖3所示，發現表面存在電焊燒蝕痕跡(如圖3中標記區域)，說明該漏點圓坑不是在泄漏后由蒸汽吹掃造成，而是泄漏前已經有一個圓坑，并且泄漏后沒有被蒸汽吹損。

1.3 電鏡及能譜分析

使用S-3700N掃描電鏡對第1漏點邊緣進行掃描電鏡分析，通過觀察發現，漏點邊緣有較多針孔和弧坑裂紋，表面波紋類似金屬融化形態(如圖4中橢圓區域內)，如圖4、5所示。

圖3 第1漏點邊緣體視顯微鏡照片

圖4 第1漏點邊緣電鏡照片

圖5 第1漏點邊緣弧坑裂紋電鏡照片

使用EDAX能譜儀對坑底表面進行能譜分析，如圖6所示，坑底除T91基體元素外，還有較多O、Si、Ca、Mn等元素。而檢修過程中現場焊接作業種使用的焊條藥皮成分中含有O、Si、Ca、Mn等元素，說明在該部位泄漏前存在電焊燒蝕情況。

Element Wt % At % C K00.0300.07 O K25.4750.65 AlK03.6304.28 SiK07.2108.16 MoL01.5000.50 CaK00.6500.52 TiK00.7500.50 V K00.8900.55 CrK14.8109.06 MnK04.0602.35 FeK41.0023.35

1.4 化學成分分析

使用3460直讀光譜儀對泄漏管段的非漏點部位進行化學成分分析，分析結果見表1，化學成分符合ASME-SA213標準對T91的要求。說明管子沒有存在錯用和成分不合格的問題。

表1 化學成分(%)

1.5 金相組織分析

使用OLYMPUS-GX71金相顯微鏡對爆口邊緣管子橫截面進行微觀金相分析，采用鹽酸氯化鐵水溶液為侵蝕劑，腐蝕后觀察管子橫截面，發現漏點邊緣兩側均存在粗大馬氏體的焊接組織，并且有熱影響區。淬火加熱溫度過高或者淬火加熱保溫時間太長會產生粗大馬氏體組織，由于該區域沒有焊縫，因此不存在熱處理保溫時間過長的情況，而且管子外壁存在一個燒蝕的圓坑，漏點邊緣內壁氧化皮的脫落證明該漏點受到焊接高溫影響，從而使該區域產生粗大馬氏體組織[2]，造成該區域塑性下降。其他位置均為正常的回火馬氏體，未見異常，如圖7、8、9。

圖7 爆口邊緣焊縫組織金相照片

圖8 爆口邊緣熱影響區金相照片

圖9 管子母材金相組織

1.6 力學性能檢驗

使用CMT5205電子萬能試驗機對第1漏點所在的管子進行拉伸試驗，試驗結果見表2，試驗結果符合ASME-SA213標準對T91的要求。

表2 力學性能結果

2 結 論

從宏觀上分析，第1漏點邊緣沒有吹損減薄痕跡，并且漏點邊緣有針孔、弧坑裂紋及電焊燒蝕痕跡，說明該漏點不是蒸汽吹損造成，而是電焊燒蝕形成，并且坑底能譜分析有藥皮成分。說明泄漏后蒸汽沒有吹掃到漏點邊緣，該圓坑是在泄漏前就已經存在。

從金相組織分析，第1漏點邊緣金相組織為粗大的馬氏體，有明顯的熱影響區過渡組織，也說明該漏點是焊接形成。

從運行時間分析，檢修后起爐運行僅3天就出現泄漏，運行時間較短，推測是在檢修過程中焊接時焊把傷到管子表面，在管子外壁燒蝕了一個圓坑，漏點邊緣內壁氧化皮的脫落也證明該漏點受到焊接高溫影響。

其他位置金相組織、化學成分、力學性能均無異常。

綜上分析，高溫再熱器出口屏左數第20排前數第2根管上的漏點為第一漏點，泄漏原因是檢修過程中電焊在管子外壁上燒蝕形成一個孔洞，造成管子減薄，強度不足，導致泄漏。建議加強現場焊接質量監督，嚴格按照焊接工藝進行焊接工作，防止焊接過程中對臨近其他管子造成傷害，加強焊接驗收。