660MW超臨界鍋爐分隔屏管接頭泄漏原因分析

中國特種設備檢測研究院 鄧 進 袁棨正 劉 杰 武漢市鍋爐壓力容器檢驗研究所 胡 濱

某電廠660MW超臨界機組鍋爐是引進日本三菱重工業株式會社技術，由哈爾濱鍋爐廠制造的超超臨界變壓運行直流鍋爐。該鍋爐采用П型布置、單爐膛、低NOx的PM主燃燒器和MACT燃燒技術、四角切圓燃燒方式，平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構。泄漏的分隔屏過熱器管（簡稱分隔屏管）材質為TP347H，具體位置為右起第4大屏前起第2小屏后數第7根。本文通過宏觀觀察、主要元素分析、泄漏處及臨近母材金相組織分析、硬度檢測等方法對分隔屏管的泄露原因進行分析。

1 實驗結果及分析

本文用NITON XLT2金屬分析儀進行化學成分分析，用ZEISS Observer A1m光學顯微鏡對金相組織進行觀察，用FM-700顯微維氏硬度計對各區域硬度進行測定。

1.1 宏觀檢查

管子外壁的泄漏點經打磨后（圖1左圖）尺寸很小（1mm），位于焊縫邊緣母材處。泄漏處內壁發現焊縫邊緣母材上一條相對較長的裂紋（3mm），方向垂直于熔合線（圖1右圖）。按圖2的裂紋解剖示意圖對泄漏處的裂紋進行解剖，沿截面1（內壁焊縫邊緣）剖開，發現該截面上的裂紋深度較淺；沿截面2（內壁母材裂紋端部）剖開，發現該截面上裂紋較長但內外壁均未貫通；沿截面3（外壁焊縫邊緣泄漏處）剖開，發現該截面上的裂紋上移且貫通外壁。由此分析，內壁的母材裂紋是沿著坡口斜壁向外壁擴展延伸的，而未沿管子軸向進行擴展。

圖1 泄漏點形貌：左圖為外壁、右圖為內壁

圖2 裂紋解剖示意圖（左圖）及截面裂紋形貌（右圖）

1.2 主要元素分析

表1所示為泄露處管段經光譜檢驗合金元素成分，與SA-213 TP347H相符。表明沒有錯用管材的問題。

表1 主要元素含量

圖3 截面1處的裂紋形貌及附近組織

1.3 金相分析

截面1處的金相組織。從圖3可發現，裂紋起源于內壁臺階處并擴展深入焊縫約0.3mm，主要位于母材熱影響區。同時發現，母材熱影響區組織中的晶界處有大量析出物，裂紋呈穿晶形式。焊縫組織分上下兩層，打底焊縫組織相對粗大。這表明焊接打底焊道時存在過熱跡象，導致焊縫及臨近母材晶粒粗大，母材熱影響區晶界出現大量析出物。從圖3中可看出，該管段存在內壁褶皺、組織不均勻等制造缺陷。

圖4 裂紋及組織形貌：左圖為靠近內壁處；右圖為焊縫處

截面2處的金相組織。圖4所示為截面2處的裂紋及組織形貌，可以發現裂紋較寬，裂紋兩側約0.1mm寬度區域內晶粒非常細小，而遠離裂紋的區域為晶粒大小正常的奧氏體晶粒，裂紋進入焊縫約0.4mm深。靠近熔合線母材一側的熱影響區組織與內壁未受熱影響的組織一樣，均不同于截面1中粗大且有大量晶界析出物的熱影響區組織。截面3處的裂紋及組織形貌與截面2類似，裂紋兩側晶粒也是非常細小，裂紋進入焊縫約0.1mm深。

1.4 硬度檢測

對各區域的硬度檢測發現，母材裂紋旁的超細組織的硬度為240～250HV0.2（不符合ASME標準＜200HV的要求），而正常晶粒大小的母材區域硬度為170～180HV0.2，焊縫硬度為170～200HV0.2。截面1母材熱影響區裂紋旁硬度為200～220HV0.2，表明該管段存在力學性能不均勻的制造缺陷。內壁的制造缺陷在焊接應力和熱循環作用下形成裂紋源；內壁裂紋在應力作用下沿著硬度很高的超細晶粒帶向外壁擴展，由于熔合區域為接頭的薄弱地帶，裂紋傾向于沿坡口熔合區擴展，而焊縫組織均勻細密，具有良好的強韌性，阻止了裂紋向焊縫區域的擴展。

2 結語

通過對泄露管材的宏觀檢查、組織分析、硬度檢測，得出導致分隔屏管泄露的主要原因是管材內壁存在褶皺、組織及力學性能不均勻等原始制造缺陷。建議加強對原始管材的檢驗，焊接時加強對坡口質量的檢驗。