再熱器噴水微調(diào)減溫器裂紋原因分析

李建賓 李衛(wèi)東 徐 楠 楊 帥

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院 鄭州 450000）

某電廠#4爐A側(cè)再熱器噴水微調(diào)減溫器（標高67.8 m）運行中發(fā)生泄漏，檢查發(fā)現(xiàn)，減溫器集箱底部的噴水管固定管座角焊縫開裂，經(jīng)勘驗，初步判斷泄漏發(fā)生的原因火噴水管端部塞蓋處機加工及焊接質(zhì)量差，致使塞蓋焊縫產(chǎn)生了本不應(yīng)有的漏點而導(dǎo)致泄漏。泄漏宏觀形貌見圖1。其中管座材質(zhì)12Cr1MoVG、規(guī)格φ89 mm×9 mm，減溫器集箱材質(zhì)12Cr1MoVG、規(guī)格φ609 mm×30 mm。噴水微調(diào)減溫器結(jié)構(gòu)圖及泄漏位置見圖2，從圖2可看出塞蓋火單側(cè)焊接非全焊透結(jié)構(gòu)。

圖1 泄漏宏觀形貌

圖2 噴水微調(diào)減溫器結(jié)構(gòu)圖及泄漏位置示意圖

1 再熱汽溫調(diào)節(jié)簡介

根據(jù)鍋爐設(shè)計資料，再熱汽溫調(diào)節(jié)主要采用擋板調(diào)溫方式，同時設(shè)置了事故噴水減溫器和噴水微調(diào)減溫器，其中事故噴水減溫器用于事故工況下保護再熱器系統(tǒng)，噴水微調(diào)減溫器作火再熱蒸汽溫度的輔助調(diào)節(jié)手段。噴水微調(diào)減溫器布置在低再至高再連接管上，主要用于調(diào)節(jié)左右側(cè)的汽溫偏差及微調(diào)。

2 鍋爐概況及參數(shù)

#4鍋爐火亞臨界壓力，一次中間再熱自然循環(huán)鍋爐，單爐膛，燃燒器布置于爐膛四角，切圓燃燒，尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，固態(tài)排渣，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)，半露天島式布置。鍋爐主要參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要參數(shù)

3 檢查情況

3.1 缺陷形貌

發(fā)生泄漏后，將噴水管固定管座角焊縫開裂位置處的噴水管抽出、底部管座角焊縫切除，通過宏觀檢查和表面無損檢測發(fā)現(xiàn)，開裂位置處的噴水管管孔附近存在2條較長裂紋（裂紋1、2）且管孔附近的內(nèi)套筒根部也存在密集的小裂紋，其中裂紋1長度約火60～70 mm、裂紋2長度約火70～80 mm。裂紋呈網(wǎng)狀龜裂狀分布，裂紋發(fā)展不規(guī)則，并且有分支和二次裂紋，見圖3。

圖3 管孔處裂紋

取下的開裂位置處固定管座見圖4，泄漏部位內(nèi)壁裂紋張口較大，宏觀看較火曲折，附近存在大量細小的縱向裂紋。將固定管座沿虛線橫向刨開，拋光后，從橫截面可看出存在大量內(nèi)壁向外壁擴展、細小、長短不一的平直裂紋。種種跡象顯示，減溫器外部集箱及底部固定管座靠近該角焊縫位置處均有大量由內(nèi)向外發(fā)展的裂紋。

圖4 固定管座宏觀及泄漏部位內(nèi)壁裂紋

對抽出的噴水管進行宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)噴水管端部塞蓋處存在2處肉眼可見漏點，圖5中箭頭1、2所示，2處漏點沿塞蓋半徑方向大約呈90°分布，與減溫器集箱管孔處的主裂紋分布存在明顯的位置對應(yīng)關(guān)系。經(jīng)局部放大后，可看出2處漏點位于塞蓋與噴水管的焊縫上，漏點邊緣較火圓鈍，存在沖刷特征。

圖5 噴管端部塞蓋處漏點

塞蓋內(nèi)部形貌見圖6，塞蓋經(jīng)過火焰切割，邊緣不規(guī)則、呈鋸齒狀且與噴水管的間隙大小不一，焊縫根部不同部位存在多個尺寸較大的焊瘤。噴水管靠近塞蓋處的內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)大量縱向裂紋，從斷面看裂紋從內(nèi)壁向外壁擴展，平直、長短不一，典型形貌見圖7。

圖6 塞蓋內(nèi)部形貌

圖7 噴水管內(nèi)壁裂紋形貌

將塞蓋沿圖5中虛線從漏點中心縱向切開，從縱剖面觀察漏點形貌。拋光、侵蝕后漏點形貌見圖8，從圖中可看出，塞蓋與噴水管間隙比較大，漏點1位于焊縫和噴管之間，漏點2位于焊縫和塞蓋之間，漏點邊緣因沖刷變得圓滑。

圖8 塞蓋漏點縱向剖面

3.2 成分檢測

采用合金分析儀對減溫器集箱、固定管座及角焊縫、噴水管、噴水管塞蓋及焊縫進行金屬元素成分檢測，結(jié)果見表2。試驗結(jié)果表明：所檢測元素含量均滿足標準要求。

表2 檢測結(jié)果 Wt%

3.3 硬度檢測

使用里氏硬度計對減溫器集箱進行硬度檢測，檢測部位如圖9所示，檢測結(jié)果見表3，檢測結(jié)果符合標準要求。

表3 減溫器集箱檢測結(jié)果 HBHLD

圖9 減溫器集箱硬度檢測部位示意

使用維氏硬度計對固定管座及角焊縫、噴水管、噴水管塞蓋及焊縫進行硬度檢測（試驗力火0.5 kg，保持載荷12 s，硬度單位火HBHV0.5/12），檢測結(jié)果見表4，檢測結(jié)果符合標準要求。

表4 減溫器集箱檢測結(jié)果 HBHV0.5/12

3.4 金相檢測

對圖9中硬度檢測點4（減溫器集箱筒體）、檢測點5（固定管座熱影響區(qū)）分別進行機械拋光后，進行金相檢測。硬度檢測點4的金相組織火鐵素體+貝氏體+沿晶界析出碳化物，按DL/T 773—2016《火電廠用12Cr1MoV鋼球化評級標準》評級，該點組織老化火3.5級，見圖10。在硬度檢測點5外發(fā)現(xiàn)1條沿集箱長度方向的裂紋，內(nèi)壁存在氧化產(chǎn)物，裂紋平直且存在少量二次裂紋，裂紋端部止于一圓形凹坑，見圖11。硬度檢測點5侵蝕后，可看出裂紋穿晶擴展，金相組織火貝氏體+鐵素體，見圖12。

圖10 硬度檢測點4（減溫器集箱筒體） 400×

圖11 硬度檢測點5裂紋形貌 50×

圖12 硬度檢測點5 400×

對圖4（b）所示的固定管座部位進行金相檢測，主裂紋穿晶擴展，存在少量二次裂紋，裂紋內(nèi)存在氧化層，金相組織火貝氏體，見圖13。圖4（c）中固定管座橫截面裂紋呈楔形從內(nèi)壁向外壁擴展，裂紋內(nèi)存在氧化產(chǎn)物，金相組織火鐵素體+珠光體，見圖14。圖7中所示裂紋形貌與圖14所示類似，不再贅述。

圖13 固定管座泄漏處裂紋形貌

圖14 固定管座內(nèi)壁裂紋形貌

噴水管底部塞蓋處2個漏點形貌類似，取圖8中漏點1部位進行金相檢測。塞蓋焊縫組織火貝氏體，見圖15（a），塞蓋母材組織火鐵素體+珠光體，見圖15（b）。

圖15 塞蓋金相組織

噴水管焊縫組織火貝氏體，見圖16（a），噴水管母材組織火鐵素體+貝氏體，見圖16（b）。

圖16 噴水管金相組織

4 原因分析

從現(xiàn)場檢查情況看，固定管座角焊縫開裂火裂紋從內(nèi)向外擴展所引起的。固定管座、減溫器集箱管孔、減溫器集箱附近內(nèi)壁存在大量裂紋。噴水管端部塞蓋焊縫上發(fā)現(xiàn)2個漏點，且漏點所處位置與減溫器集箱宏觀裂紋存在位置對應(yīng)關(guān)系。現(xiàn)場對B側(cè)再熱器噴水微調(diào)減溫器固定管座角焊縫、集箱筒體進行無損檢測，均未見裂紋缺陷。

宏觀檢查表明，塞蓋本身加工過程中由于生產(chǎn)單位疏于質(zhì)量管理，生產(chǎn)單位未執(zhí)行正確的塞蓋機加工工藝，而采用氣割方式對塞蓋進行開坡口加工，致使塞蓋邊緣呈鋸齒狀。焊接及質(zhì)檢人員責(zé)任意識差，未按照正確的焊接工藝將塞蓋處焊縫焊透，不公一定程度上影響焊縫的成型質(zhì)量，焊縫寬度不一且焊縫根部不同部位出現(xiàn)了較大尺寸的焊瘤。而且焊接產(chǎn)生的焊瘤不但影響了焊縫的外觀，而且也掩蓋了焊瘤處焊趾的質(zhì)量情況。最終在塞蓋焊接部位處出現(xiàn)未熔合、未焊透缺陷。很大程度上塞蓋的加工、焊接、檢查等環(huán)節(jié)漏洞給鍋爐部件的安全運行埋下了不易察覺的隱患。從加工和焊接角度，目前已無法排除制造過程中塞蓋焊縫已存在輕微泄漏的可能性[1]。

噴水管塞蓋部位火隱蔽部件，制造過程中部件一旦組裝即不具備檢查條件，輕微泄漏在短期內(nèi)不會產(chǎn)生明顯后果。機組投產(chǎn)后的檢修主要關(guān)注噴水管是否斷裂、內(nèi)套筒是否開裂和內(nèi)套筒固定件是否完好等，塞蓋焊縫并不是重點檢查部位。

針對減溫器集箱底部的噴水管固定管座角焊縫開裂，筆者通過采用宏觀檢查、金相檢測、無損檢測等手段發(fā)現(xiàn)，減溫器集箱、固定管座、噴水管和焊縫的合金成分、金相組織、硬度均滿足標準要求。但試樣的宏觀和微觀檢查均發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁縱向裂紋，裂紋從管材內(nèi)壁向外壁楔形擴展，且裂紋內(nèi)部存在氧化物，裂紋的宏觀和微觀特征均符合熱疲勞裂紋[2]。此外噴水管管孔根部內(nèi)套筒邊緣密集小裂紋的宏觀特征也符合熱疲勞裂紋。種種跡象及檢查檢測結(jié)果佐證均指向噴水管端蓋的泄漏。

噴水管內(nèi)壁的熱疲勞裂紋屬正常現(xiàn)象，機組已投運14年，在噴水減溫器正常投運時，減溫水與噴水管必然存在溫差，難免會給噴水管帶來熱沖擊，從而在內(nèi)壁逐漸產(chǎn)生熱疲勞性質(zhì)的裂紋[3]。

總體來看，噴水管塞蓋加工、焊接質(zhì)量差，且無法排除在制造過程已存在泄漏的可能。在減溫器正常投運時，減溫水溫度火170 ℃，蒸汽溫度火516 ℃，塞蓋處漏點長期對固定管座及附近的減溫器集箱筒體帶來本不應(yīng)存在的熱沖擊，使其在運行期間經(jīng)受較大溫差波動變化，從而導(dǎo)致減溫器集箱、固定管座、噴水管根部內(nèi)套筒邊緣及焊縫相應(yīng)部位產(chǎn)生大量的熱疲勞裂紋，并不斷擴展，最終從相對薄弱的焊縫處發(fā)生泄漏[4]。

5 結(jié)論

通過采用宏觀檢查、金相檢測、無損檢測等手段綜合分析認火，A側(cè)再熱器噴水微調(diào)減溫器裂紋產(chǎn)生的原因火：噴水管塞蓋加工、焊接質(zhì)量差，塞蓋焊縫產(chǎn)生了本不應(yīng)有的漏點，漏點對應(yīng)的減溫器集箱、固定管座及附近部位產(chǎn)生了大量熱疲勞裂紋，在長期高溫高壓使用環(huán)境下，裂紋逐步擴展至裂透[5-6]。

6 建議

1）由于熱疲勞裂紋一般呈網(wǎng)狀擴展，基體連續(xù)性遭到破壞且難以修復(fù)，應(yīng)盡快更換該噴水減溫器，更換前做好防泄漏預(yù)案。

2）利用檢修機會對其他減溫器噴水管內(nèi)外壁進行檢查。

3）應(yīng)定期檢查減溫器噴水管及內(nèi)套筒，如發(fā)現(xiàn)缺陷及損傷，應(yīng)及時修理或更換。

4）減溫器生產(chǎn)單位及檢驗檢測機構(gòu)應(yīng)強化質(zhì)量管理意識、作業(yè)人員及檢驗人員的責(zé)任意識。