某循環流化床鍋爐高溫受熱面管狀態評估測試*

張洋洋，楊佩旭，武 鑫，晏得才，趙朝友

(甘肅電力科學研究院技術中心有限公司，甘肅 蘭州 730050)

0 引 言

循環流化床鍋爐因采用工業化程度最高的潔凈煤燃燒技術而被廣泛運用。 在鍋爐運行中，過熱器、再熱器等鍋爐受熱面管道的爆管問題是導致火力發電機組非計劃停機的主要原因，據統計，2/3 左右的鍋爐事故都是由受熱面爆管事故引起的[1]，因此對鍋爐進行使用狀態評估，可以減少鍋爐爆管，保證運行安全。

筆者此文就循環流化床鍋爐高溫受熱面管使用狀態展開實驗分析與探討，通過高溫受熱面管使用狀態評估，給出合理化建議，以期為相關工作起到參考作用。

1 概述及取樣編號

機組為145MW 超高壓循環流化床鍋爐。 鍋爐型號為DG480/13.6-Ⅱ型，屬單汽包、自然循環、一次中間再熱、固態排渣、全鋼構架、全封閉式布置爐膛。累計運行約7.85 萬小時。 對屏式再熱器管、屏式過熱器管、高溫過熱器管分別進行現場割管取樣。

本次樣品共5 根，包括2 根屏式再熱器管、2 根屏式過熱器管及1 根高溫過熱器管。 取樣管明細見表1。

表1 取樣管明細

2 檢 驗

2.1 宏觀檢查

送檢管樣經宏觀檢驗，除表面存在氧化皮外，未發現其他外觀明顯脹粗，減薄及變形情況；為進一步檢查管壁內部情況，將管樣進行縱向剖開，進行內壁目視宏觀檢查，屏式再熱器管(＃1)內壁局部存在不同程度腐蝕坑，見圖1，均勻覆蓋腐蝕產物，其余管樣未見異常。

圖1 屏式再熱器管內壁腐蝕坑形貌

2.2 脹粗測量

采用DM5E 型超聲波測厚儀及機械式游標卡尺對取樣管進行常規厚度測量和管樣外徑尺測量，測量結果顯示:管壁厚度未見明顯減薄現象，內外壁氧化皮附著良好，管子厚度基本均勻，管徑實測值與標稱規格基本相符，未見明顯脹粗現象。 詳見表2 所列。

表2 尺寸測量結果 /mm

2.3 室溫拉伸試驗

此次所取管樣均按照GB/T 228.1-2010 標準要求進行室溫拉伸實驗，結果見表3 所列。

表3 尺寸測量結果 /mm

所取屏式再熱器管(＃2)屈服強度、抗拉強度低于標準要求；高溫過熱器管(＃5)斷后伸長率(縱向)低于標準要求。

2.4 硬度檢測

采用臺式布氏硬度計對取樣管段進行布氏硬度檢測，硬度檢測部位為取樣管橫截面。 試驗選用直徑2.5 mm 硬質合金鋼球，施加1.839 kN 試驗力，保載時間15 s，實測硬度采用HBW2.5/187.5。 具體硬度檢測結果見表4 所列。

表4 樣品硬度值

GB/T5310 - 2017[2]、 DL/T438 - 2016 標 準 對12Cr1MoV 鋼管材硬度要求為135HB-195HB，T91 鋼管材硬度要求為185HB-250HB。 高溫過熱器管硬度值略高于標準要求值，其它受檢管樣硬度均符合標準要求。

2.5 顯微組織分析

2.5.1 顯微組織分析結果

對5 根受熱面管樣截取向火面鑲嵌金相試樣，在MA200 臺式顯微鏡下分別進行不同倍數下觀察微觀組織分析，各管樣形貌如圖2～6 所示。

圖2 ＃1 管樣微觀形貌500×

圖3 ＃2 管樣微觀形貌500×

圖4 ＃3 管樣微觀形貌500×

圖6 ＃5 管樣微觀形貌500×

2.5.2 顯微組織分析結果

(1) ＃1 管組織呈回火馬氏體形態，馬氏體板條位向明顯分散，板條束內分布的碳化物減少；板條界、晶界碳化物析出增多，部分呈球狀或鏈狀分布。 依據DL/T 884-2019《火電廠金相檢驗與評定技術導則》[3]中馬氏體組織老化評定，老化級別2～3 級。

(2) ＃2 管組織呈回火馬氏體形態，馬氏體板條位向明顯分散，板條束內分布的碳化物進一步減少；板條界、晶界碳化物呈顆粒狀、球狀分布，部分呈串鏈狀分布。 依據DL/T 884-2019《火電廠金相檢驗與評定技術導則》中馬氏體組織老化評定，老化級別3 級。

(3) ＃3 管組織呈鐵素體＋珠光體形態，珠光體區域已開始分散，仍保留原有的區域形態，部分碳化物呈條狀、點狀；晶界上顆粒狀碳化物增多且呈小球狀分布。 依據DL/T 884-2019《火電廠金相檢驗與評定技術導則》中珠光體組織球化進行評定，球化2 ～3級。

(4) ＃4 管組織呈鐵素體＋珠光體形態，珠光體區域顯著分散，仍保留原有的區域形態，部分碳化物呈條狀、點狀；晶界上顆粒狀碳化物增多且呈小球狀分布。 依據DL/T884-2019《火電廠金相檢驗與評定技術導則》中珠光體組織球化進行評定，球化3 級。

(5) ＃5 管組織呈回火馬氏體形態，馬氏體板條位向開始分散，組織形態仍較完整清晰，板條界、晶界碳化物呈顆粒狀、球狀分布。 依據DL/T884-2019《火電廠金相檢驗與評定技術導則》中馬氏體組織老化評定，老化級別2 級。

2.6 外壁微觀形貌分析

采用金相分析方法，對所取管樣外表面的侵蝕狀態進行微觀組織分析，經金相微觀形貌分析，＃3、＃5管樣氧化皮厚度分別為0.12～0.14 mm 和0.03 mm，＃1、＃2、＃4 管樣脫碳層厚度分別為0.02、0.12、0.14 mm；外表面氧化皮厚度均小于0.6 mm，未見晶界氧化裂紋及晶界蠕變裂紋。

2.7 內壁腐蝕坑微觀形貌分析

對內壁存在腐蝕坑的屏式再熱器管(＃1)，在腐蝕相對嚴重的腐蝕部位橫截面取樣，在MA200 臺式顯微鏡下分別進行不同倍數下微觀形貌分析，分析結果見圖7。

圖7 ＃1 管樣拋光態500X

腐蝕坑深度約為0.45 mm，腐蝕坑底部未見晶間腐蝕裂紋。

2.8 材質成分分析

采用ARL4460 型大型直讀光譜儀對取樣管段進行材質成份分析，具體分析結果見表5 所列。

表5 光譜材質成份分析結果/wt%

從分析結果可知，所取試樣光譜材質成份中各元素含量基本滿足GB/T5310-2017、ASTM A213 對12Cr1MoV、T91(國產牌號10Cr9Mo1VNbN)材質的要求。

3 綜合分析

3.1 材質實驗結果分析

對所取的＃1 爐5 根受熱面管進行室溫拉伸試驗、硬度試驗、微觀組織分析等材質試驗分析，5 根管樣氧化皮厚度均小于0.6 mm；脫碳層厚度相對較薄，對鋼材的表面硬度、抗拉強度和疲勞強度等機械性能指標影響較小。 屏式再熱器管(＃2)、高溫過熱器管(＃5)室溫拉伸試驗的力學指標不符合GB/T 5310-2017 標準要求值；屏式再熱器管(＃1)斷后伸長率試驗接近標準下限值；其余管樣室溫拉伸結果均符合要求。

微觀組織分析結果顯示，經過7.85 萬小時運行，本次受檢的高溫受熱面管的微觀組織已出現老化跡象，高溫過熱器管(＃5)老化級別2 級，屬于輕度老化；屏式再熱器管(＃1)、屏式過熱器管(＃3)老化級別2～3級，處于輕度老化向中度老化過渡階段；屏式再熱器管(＃2)、屏式過熱器管(＃4)老化3 級，屬于中度老化。

3.2 綜合狀況分析

經過7.85 萬小時運行，本次受檢管樣表面宏觀檢查管徑未見明顯脹粗，表面氧化皮厚度小于0.6 mm，未見裂紋、磨損、刮傷、鼓包、變形等宏觀缺陷，屏式再熱器管內壁存在少量腐蝕凹坑，經金相檢驗未見微觀腐蝕裂紋；金相組織老化程度不嚴重。

依據DL/T 438-2016《火力發電廠金屬技術監督規程》[4]規定，屏式再熱器管(＃1)、屏式過熱器管(2根)材質劣化均未達到更換或壽命評估程度。

屏式再熱器管(＃2)、高溫過熱器管(＃5)室溫拉伸性能不符合ASTM A213 標準規定，其余力學性能指標、材質成份及金相微觀組織分析均符合相關標準要求；屏式再熱器管(＃2)、高溫過熱器管(＃5)樣品部分機械性能指標低于標準要求。

4 結 論

(1) 此次屏式再熱器、高溫過熱器樣管實驗結果無法反映整體損傷情況，下次檢修時應對屏式再熱器管、高溫過熱器管樣管附近區域及管屏熱負荷較大區域擴大割管檢查，在運行過程中應加強對上述管屏的監督。

(2) 屏式再熱器管壁內部存在大小不一的腐蝕凹坑，并存在沿軸向集中分布的趨勢，容易形成早期失效薄弱點，建議擴大厚度檢查排查范圍及檢查頻次，及時了解內壁腐蝕減薄發展情況。

(3) 屏式過熱器管材質狀況基本正常，未發現材質明顯劣化跡象，在正常工況下可以繼續服役，因機組運行已超過6 萬小時，應加強定期監督檢查工作。

(4) 加強汽水品質的監督與控制，盡量避免出現運行超溫情況。

隨著鍋爐長周期、高負荷連續運行，設備老化日益嚴重，嚴重影響鍋爐的使用安全。 為確保鍋爐的可靠性，定期對鍋爐受熱面管進行狀態評估至關重要。