300MW機組后屏過熱器失效原因分析

荊象陽，高明德，劉 科，張延春

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250003；2.山東華能萊蕪熱電有限公司，山東 萊蕪 271102）

·發電技術·

300MW機組后屏過熱器失效原因分析

荊象陽1，高明德1，劉 科1，張延春2

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250003；2.山東華能萊蕪熱電有限公司，山東 萊蕪 271102）

對某發電廠300MW機組后屏過熱器失效原因進行了分析，根據宏觀檢查、壁溫曲線分析、金相檢驗、拉伸試驗的結果，推測在鍋爐停運冷卻或啟動過程中發生了水塞，導致后屏過熱器短時過熱爆管，并提出了預防水塞的措施。

失效；水塞；爆管；金相檢驗

0 引言

某發電廠2×300MW熱電聯產擴建工程4號機組于2009年投產運行，該機組屏式過熱器管材質為12Cr1MoV鋼，規格為φ55mm×9mm。配套鍋爐由上海鍋爐廠生產，具有亞臨界參數，一次中間再熱、自然循環汽包爐特點，采用平衡通風、擺動式燃燒器、四角切圓燃燒方式。2015-02-24T21∶19，檢查發現標高46m B側爐內屏式過熱器處有泄漏聲。

1 檢查試驗分析

爐內檢查，發現后屏過熱器B側數第2屏（A側數第19屏）北數12根管子泄漏，泄漏點距離下彎頭1.5m，爆口呈喇叭形狀沿軸向方向開裂。圖1為后屏過熱器管爆口形貌，爆口長114mm，最大寬度93mm，爆口處的壁厚減薄明顯，爆口兩側的管徑漲粗較明顯，具有韌性斷口的特征。經厚度檢測，泄漏管附近有5根管子因吹損減薄超標。對減薄管子進行割管檢查，發現U形彎頭以上約2m的范圍存有大量的水，對其他管屏的割管檢查中也部分發現了有積水的情況；在整個割管檢查的過程中，未發現有其他異物。

圖1 后屏過熱器管爆口

在爆漏管道上并未安裝壁溫測點，因此只能查閱并調取附近安裝壁溫測點的管子的壁溫歷史曲線作為參考。調閱發現，后屏過熱器A側數第15屏出口第9根管子存在超溫現象，管壁溫度明顯高于鄰近管子，圖2為該管道的壁溫曲線。17∶00前后，該管子的壁溫開始急速升高，約在17∶25，管子溫度升至600℃以上，此后在600℃以上超溫運行近4 h，直到21∶19，由于后屏過熱器A側數第19屏北數12根管子的泄漏，第15屏出口第9根管子的溫度才開始下降。雖然A側數第19屏北數12根管未安裝壁溫測點，但由于A側數第19屏北數12根管的溫度下降時間和第15屏出口第9根管的泄漏時間完全一致，都是在21∶19，因此推斷爆漏的后屏過熱器A側數第19屏北數12根管子上發生了同樣的超溫過程。

圖2 管壁溫度曲線

現場排查中，發現后屏過熱器A側數第15屏出口第9根管子（圖3中箭頭所指）翹曲變形，管壁顏色明顯比其他管子深，具有超溫的特征，這與壁溫曲線分析的結果一致。

圖3 A側數第15屏北數第9根宏觀照片

對后屏過熱器爆漏管和疑似超溫管進行金相檢測，采用的浸蝕劑為4%硝酸酒精溶液。對后屏過熱器爆漏管的爆口處、爆口對側和鄰近管子（A側數第19屏北數第11根、A側數第19屏北數第13根）分別進行金相檢測，爆口處及爆口對側金相組織均為不完全正火的鐵素體和珠光體，爆口處晶粒沿變形方向拉長，見圖4、圖5。鄰近的北數11根、北數13根管子的金相組織為鐵素體、珠光體，少量碳化物沿晶界分布，組織正常，未出現明顯的球化現象，見圖6、圖7。

圖4 爆口處金相組織

圖5 爆口對側金相組織

圖6 A側數第19屏北數第11根金相組織

圖7 A側數第19屏北數第13根金相組織

后屏過熱器爆口處管子整圈的金相組織為不完全正火的鐵素體和珠光體，材料原始平衡組織基本消失，發生了相變，說明管子壁溫達到12Cr1MoV鋼AC1 相變溫度（774～805 ℃）以上［1］，爆管的原因為短時過熱。

對疑似超溫的后屏過熱器A側數第15屏北數第9根管進行金相檢測，其金相組織為鐵素體、珠光體、碳化物，大部分碳化物分布在晶界上，僅有極少量的珠光體區域的痕跡，組織老化達到4級，見圖8。雖然管子金相組織嚴重老化，但超溫幅度并不大，未超過12Cr1MoV鋼AC1相變溫度，屬于長時過熱，這與壁溫曲線所反映的信息和現場外觀的檢查情況相一致。

圖8 A側數第15屏北數第9根金相組織

從疑似超溫的A側數第15屏北數第9根管子上以縱剖方式加工3件樣品，利用WDW-300E試驗機對其進行常溫拉伸試驗，結果見表1。

表1 A側數第15屏北數第9根拉伸試驗結果

根據GB 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》的規定，12 Cr1MoVG鋼的抗拉強度應為470～640 MPa，屈服強度≥255MPa，伸長率≥21%，而所測管樣的抗拉強度明顯低于標準要求值，說明管子在長期超溫運行后力學性能下降，已不符合標準要求，這與金相檢驗的結果一致。

2 爆管原因

由于在宏觀檢查過程中未發現其他異物，而U形管內積水情況較為嚴重，因此推測短時超溫爆管可能是由于水塞。水塞既可以導致短時超溫爆管，也可以導致長時超溫爆管，主要取決于水塞的嚴重程度。水塞較嚴重的管子當發生水塞時，由于蒸汽無法有效帶走熱量，使得管子在較短時間內被過熱到較高的溫度，其強度明顯下降，由于管子在高溫下具有良好的塑性和韌性，在內部介質壓力的作用下，管子開始漲粗，管壁減薄，當壁厚滿足不了強度要求時就會產生爆管泄漏。水塞嚴重時，多引起短時超溫爆管。疑似超溫管之所以是長時過熱而非短時過熱，可能與該處發生水塞時積水量較小有關。在鍋爐同一部位既出現短時過熱（爆管），又出現了長時過熱（疑似超溫管），這種情況是較為少見的，只有異物堵塞才會導致這種情況的發生。而由于宏觀檢查中未發現除積水之外的任何固體狀異物，因此過熱原因除了水塞之外，尚無法提出更合理的解釋。

3 結語

造成水塞的原因較多［3-5］，根據該機組的運行工況，可能有以下因素：鍋爐停運冷卻過程中，部分蒸汽凝結水積于過熱器U形管下部；鍋爐啟動過程中，減溫水投運不當。

根據該機組的特點，提出如下建議以預防水塞的發生：1）停爐后熱爐放水時應及時烘干受熱面；2）鍋爐啟動過程中應控制燃料量，使爐膛均勻受熱，避免升溫過快導致管內積水未完全蒸發；3）鍋爐啟動初期應嚴格控制減溫水量。

［1］姜求志，王金瑞，馬士林，等.火力發電廠金屬材料手冊［M］.北京：中國電力出版社，2001.

［2］馬敏莉，于競欽，肖軼，等.15CrMoG過熱管爆管失效原因分析［J］.熱加工工藝，2014，43（24）：237-239.

［3］肖哲民.鍋爐對流過熱器水塞的形成與消除［J］.華北電力技術，2001（4）：55-58.

［4］周海亮，滕敏華.鍋爐末級過熱器水塞爆管原因分析及預防［J］.熱力發電，2013，42（5）：99-101.

［5］高慧.鍋爐高溫過熱器爆管原因分析及防范措施［J］.熱力發電，2009，38（11）：84-86，96.

Cause Analysis of Tube-burst on Rear Platen Superheater of 300MW Unit

JING Xiangyang1，GAOMingde1，LIU Ke1，ZHANG Yanchun2
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute， Jinan 250003，C hina；2.Shandong Huaneng Laiwu Power Generation Co.，Ltd.，Laiwu 271102，C hina）

The cause leading to the tube-burst failures on the rear plate-superheater of a 300MW unit in the power plant has been analysed.According to the results of visual examination，analysis to wall temperature curves，metallographic examination and tensile test，it is speculated that the water plug which leads to tube-burst failures on rear plate-superheater happened in a short period during the cooling down or start-up process.Themeasures for preventing water plug are proposed and applied.

failure；water plug；tube-burst；metallographic examination

TG113

：A

：1007－9904（2017）08－0057－03

2017－03－23

荊象陽（1981），男，博士，高級工程師，從事火電廠機組金屬監督檢驗及事故分析工作。