余熱鍋爐過熱器管焊縫開裂原因探究

蘇德林

摘 ?要：在我國社會生產(chǎn)力不斷提高的背景下，電站工作壓力不斷增加，多種發(fā)電設備長期處于高溫、高壓運行狀態(tài)下，會出現(xiàn)一定的質(zhì)量問題。余熱鍋爐作為電站的主要發(fā)電設備，在日常使用過程中，經(jīng)常會遇到過熱管焊縫開裂問題，且導致該問題出現(xiàn)的因素較多，如果不進行科學的處理，會導致其工作效率降低，甚至引起嚴重的事故。因此，本文結(jié)合H電站的具體情況，對余熱鍋爐過熱器管焊縫開裂原因進行深入地研究與分析，并提出一些合理的意見和措施，旨在進一步促進電站余熱鍋爐運行質(zhì)量提高。

關(guān)鍵詞：余熱鍋爐;過熱管;開裂問題;形成原因;優(yōu)化措施

在電站采用的余熱鍋爐結(jié)構(gòu)中，過熱器管段內(nèi)壁會受到高溫、高壓水蒸氣的氧化腐蝕作用，且過熱管外壁會受到高溫煙氣的影響，整體運行條件較為惡劣。因此，會導致過熱管的焊縫出現(xiàn)開裂問題，從而導致過熱管失效，無法正常運行。過熱管焊縫開裂問題是電站設備常見的問題之一，會導致電站鍋爐停止運行，從而影響整體生產(chǎn)效率，所以必須對過熱管焊縫開裂問題形成原因進行分析，并根據(jù)形成原因進行治理，降低該問題發(fā)生率，從而保障電站安全運行。

1 H電站余熱鍋爐基本參數(shù)

鍋爐技術(shù)參數(shù)：

余熱鍋爐入口煙氣量（設計）：93000Nm3/h

余熱鍋爐入口煙溫度（設計）：920℃

工程裝機（設計）：36MW

額定蒸發(fā)量（設計）：100t/h（低位發(fā)熱值5800kJ/kg）

額定蒸汽溫度：450℃

額定蒸汽壓力（表壓）：4MPa

鍋筒工作壓力（表壓）：4.5MPa

鍋爐效率：≥80.5%

一次風溫度（設計）：250℃

二次風溫度（設計）：150℃

給水溫度：120℃

中溫過熱管材質(zhì)：12Cr1MoVG

該余熱鍋爐在H電站正常使用過程期間，過熱管焊縫出現(xiàn)嚴重開裂問題，引起H電站高度重視，隨之該鍋爐停止運行，并將過熱管的開裂段拆除，對焊開裂問題進行分析。

2 理化檢驗分析

2.1整體分析

因為H電站該余熱鍋爐中過熱管數(shù)量較多，且裂紋表面形狀一致，大部分為沿焊縫附件母材出現(xiàn)環(huán)向開裂，可以初步判定引起過熱管焊縫開裂問題的成因一致。因此，H電站工作人員選擇其中兩段最為明顯的裂縫管段作為理化性能實踐檢測對象，將兩段管材分別編號為A1和A2。根據(jù)技術(shù)人員的觀測，A1和A2管材內(nèi)壁存在裂紋，裂紋主要集中在焊縫熔合位置，部分裂紋位于熔合部分兩側(cè)，內(nèi)部裂紋程度大于外壁[1]。因此，技術(shù)人員初步判定該過熱管焊縫開裂問題受到熔合區(qū)域的熱量影響，由內(nèi)壁開裂逐漸向外壁延伸。

2.2化學成分檢驗分析

下表為本次檢驗實驗中選取的兩段開裂管材化學成分分析具體情況。

根據(jù)上表數(shù)據(jù)可以看出，所選取的兩段焊縫材料均符合國家標準規(guī)定，因此過熱管焊縫開裂問題與材料無關(guān)。

2.3硬度檢驗

下表為本次實驗中所選取兩段開裂管段材料的硬度檢驗結(jié)果。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以看出所選取兩段開裂管段材料的硬度都符合國家標準規(guī)定以及12Cr1MoVG材料硬度規(guī)定，且根據(jù)相應的標準規(guī)定計算結(jié)果，接頭焊縫的硬度值都高于厚壁側(cè)母材硬度值，超出相關(guān)標準規(guī)定范圍之內(nèi)，焊縫與母材硬度相差較大的情況下，焊接接頭內(nèi)部會存有較高的殘余應力，會導致焊縫缺陷位置引起應力集中的問題，從而導致過熱管焊縫開裂問題出現(xiàn)[2]。

2.4金相檢驗分析

通過上述實驗可以得到結(jié)論，所選取的兩段開裂管段化學成分和硬度都沒有明顯區(qū)別，且裂紋形狀基本相似，選擇A2實驗管段進行金相檢驗分析。根據(jù)金相檢驗結(jié)果來看，A2管段內(nèi)側(cè)母材的顯微組織為鐵素體和珠光體，外側(cè)顯微素質(zhì)為鐵素體和貝氏體，焊縫顯微組織為部分鐵素體和貝氏體，焊縫熔合區(qū)域存在著較多裂紋，裂紋具有二次分叉現(xiàn)象，裂紋擴展方式為沿晶為主，符合碳鋼和低合金鋼堿腐蝕基本特征。

2.5能譜分析

通過對A2實驗開裂管材樣本中腐蝕物的能譜分析及結(jié)果來看，腐蝕物中含有少量鈉元素，說明余熱鍋爐加熱工藝控制不夠合理，導致部分堿液進入過熱管中。

3討論分析

碳鋼和低合金鋼具有堿脆性，也就是說碳鋼和低合金鋼在高濃度堿液中會發(fā)生腐蝕開裂問題，在較高的氫氧化鈉溶液中，受到拉伸力和溫度應力的影響，會導致碳鋼和低合金鋼出現(xiàn)開裂，由此可以判定過熱管焊縫開裂的三個基本條件，即高濃度氫氧化鈉溶液、拉伸應力以及溫度應力。根據(jù)相關(guān)研究資料表明，碳鋼在金屬溫度低于45℃的情況下不會出現(xiàn)堿脆開裂問題，但是如果堿脆的溫度范圍較大，容易導致堿脆溫度在溶液的沸點附近。如果氫氧化鈉溶液濃度較低，出現(xiàn)裂紋的概率也就較小，但是如果氫氧化鈉溶液濃度過高，超過10%時，就容易引起裂紋出現(xiàn)[3]。

根據(jù)余熱鍋爐過熱管焊縫開裂的位置上分布情況來看，裂紋主要集中在過熱管的出口位置，在帶彎頭區(qū)域沒有發(fā)現(xiàn)明顯的開裂現(xiàn)象。根據(jù)對該余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)分析，當過熱管受熱變形時，直管部分在軸向膨脹會受到限制，焊縫區(qū)域會出現(xiàn)較高的拘束應力，但是帶彎頭區(qū)域因為有彎頭能夠吸收一定的膨脹量，所受到的拘束應力較小，所以不容易產(chǎn)生裂紋。此外，因為過熱管焊縫自身質(zhì)量較差，焊縫內(nèi)壁熔合區(qū)域具有一定的咬邊缺陷，且焊縫硬度過高，會導致熔合區(qū)域受到溫度影響較大。

綜合以上分析結(jié)果來看，本次H電站余熱鍋爐過熱管焊縫開裂的主要成因為：余熱鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計不夠合理，導致接頭部分出現(xiàn)過高約束應力，同時因為過熱管焊縫接頭處具有焊接殘余應力，以及加熱過程工藝控制不夠合理，導致部分堿液進入過熱管中，在過熱管內(nèi)部位置聚集，在溫度應力和堿液應力的多重作用下，導致焊縫出現(xiàn)裂紋。因為焊縫質(zhì)量存在問題，導致裂紋向外不斷擴散，最終形成嚴重的開裂問題。針對開裂問題，H電站需要對余熱鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，并嚴格控制該鍋爐的具體使用工藝，防止堿液進入過熱管中，同時加強焊接處理質(zhì)量，保證焊接縫不存在質(zhì)量問題，從而能夠有效避免裂紋問題產(chǎn)生，促進H電站生產(chǎn)效率提高。

結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合H電站出現(xiàn)開裂問題的余熱鍋爐，采用實驗方式對其具體開裂原因進行分析，通過多項實驗內(nèi)容確定該余熱鍋爐過熱管焊縫出現(xiàn)開裂問題的主要原因，并提出相應改善措施，希望能夠?qū)ξ覈娬居酂徨仩t運行維護工作有所幫助。

參考文獻

[1] 劉獻良， 賴云亭， 陳忠兵，等. 余熱鍋爐過熱器管焊縫開裂原因分析[J]. 金屬熱處理， 2019， 44（S1）：278-281.

[2] 鄭天艷. 余熱鍋爐角焊縫裂紋原因分析及防范[J]. 電力安全技術(shù)， 2020， 288（03）：64-68.

[3] 何曉東， 曹海濤， 劉雪峰. 某電廠300 MW鍋爐高溫過熱器管開裂原因分析[J]. 期刊論文， 2019， 55（7）：0032-0032.

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