330 MW循環流化床鍋爐中溫過熱器彎管內弧裂紋分析

侯 斐

（晉控電力同達熱電有限公司 山西大同037003）

1 前言

晉控電力同達熱電有限公司2×330 MW燃煤發電機組鍋爐采用東方鍋爐股份有限公司生產的循環流化床、亞臨界參數、一次中間再熱、自然循環汽包爐，鍋爐型號：DG1165/17.5-II 1。

晉控電力同達熱電有限公司2號鍋爐2014年3月投產，截止2019年9月C級檢修前累計運行小時數28 000小時。

在2019年9月C級檢修期間，檢查發現中溫過熱器管從中隔墻右數第二屏出口段上數第一根90°彎管處內弧有橫向裂紋，右數第一屏相同位置90°彎管內弧也發現橫向裂紋。對右數第二屏出口段上數第一根管取樣后做全面分析，取樣包括90°彎管及彎管兩側直管段共950 mm長。

中溫過熱器管設計規格為φ51×8 mm，設計材質為12Cr1MoVG。

2 試驗內容

2.1 宏觀檢驗

圖1 -3為取樣管外觀與泄漏位置示意圖。取樣管為L型。取樣管全長段上焊接有疤釘，但部分疤釘脫落，疤釘焊接位置在管子的兩側和內弧側；管子外弧側有三處焊接連接部件的痕跡。

圖1 第二屏出口段上數第一根取樣管宏觀圖

圖2 第一屏相同位置90°彎頭內弧橫向裂紋

圖3 中溫過熱器圖及裂紋部位

L型管樣外壁內弧面上肉眼可見叢狀裂紋，其裂紋呈周向分布，長度約為管子周長的五分之二。管子外壁有氧化層與焦垢，未見管樣有其它劃傷、碰磨、減薄、鼓包以及脹粗等外觀缺陷。裂紋宏觀形貌見圖4，取樣位置見圖5，尺寸測量數據見表1。

圖4 彎管內弧裂紋宏觀形貌

圖5 取樣管測量及金相取樣示意圖

表1 取樣管管徑檢測數據表（測量位置見圖2）

2.2 金相組織分析

在取樣管兩端各截取一個試樣(編號為F、G樣)；內弧泄漏點及其對應的外弧位置各縱截面截取一個試樣(編號為D、E樣)，并進行金相組織觀察，試樣金相組織均為鐵素體+珠光體，D號樣球化等級為2.5級,E、F、G號樣球化等級為2級，照片見圖6，圖7、8為微觀裂紋形貌，裂紋由外壁向內壁擴展，無分支，穿晶開裂，裂紋處有較多氧化物。

圖6 D、E、F、G試樣金相組織珠光體＋鐵素體×200

圖7 D試樣裂紋形貌（未腐蝕）×12.5

圖8 D試樣裂紋形貌（腐蝕）×100

2.3 斷口微觀形貌分析

利用掃描電子顯微鏡（SEM）對斷口的微觀形貌特征進行分析，在裂紋擴展區可以觀察到疲勞條紋，見圖9。

從電鏡上觀察裂紋端部圓潤，沿徑向分布，管子外表面較粗，內部較細，裂紋內部有氧化物填充。

圖9 近外壁裂紋斷口形貌

2.4 硬度試驗

在金相試樣表面上進行布氏硬度試驗，其結果符合相關標準要求，具體數值見表2。

表2 金相試樣表面上的布氏硬度值（HBW）

2.5 拉伸試驗

對取樣管段截取試樣進行了拉伸試驗，試驗結果滿足技術標準的要求，具體數據見表3。

表3 拉伸試驗數據

2.6 化學成分分析

使用便攜式定量光譜儀,對取樣管及疤釘進行了材質光譜試驗，疤釘牌號為1Cr18Ni9。試驗結果符合相關標準要求，具體成份見表4、表5。

表4 取樣管光譜試驗化學成分（w%）

表5 疤釘光譜試驗化學成分（w%）

3 綜合分析及結論

（1）圖7的D試樣金相圖片表明，開裂是由外壁向內壁發展的。

（2）根據中溫過熱器的設計結構，中溫過熱器進集箱水平布置于爐膛頂部，蒸汽流經中溫過熱器受熱面后，在爐前從鍋爐兩側連接管引至垂直布置于爐前中溫過熱器出口集箱。受熱面整體結構為L型。在鍋爐啟停過程中，由于熱脹冷縮作用，處于自由狀態的第一根（最上面的一根）管的彎管內弧處，會受到較大的拉伸-壓縮交變應力。圖9近外壁裂紋斷口形貌可以看到，裂紋的擴展符合交變應力作用的特征。

（3）根據以上各項試驗結果和試驗數據分析，材料成分性能均滿足技術標準要求，金相組織正常，中溫過熱器管中隔墻右數第二屏出口段上數第一根90°彎管處內弧橫向裂紋產生的原因是熱疲勞應力引起的。

（4）每次檢修注意檢查每屏的第一根和第二管彎管內弧部位，特別是爐內中部布置的管屏。

（5）切除內弧部位的疤釘，減少由于疤釘焊接殘余應力對彎管的影響。