電廠鍋爐再熱器管開裂原因

劉永超

(中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院有限公司 大唐華北電力試驗(yàn)研究院, 北京 100040)

鍋爐四管泄漏[1-4]是電廠非正常停機(jī)的最普遍、最常見的形式,通常受熱面管失效的形式主要有過(guò)熱爆管[5-7](短期過(guò)熱爆管、長(zhǎng)期過(guò)熱爆管)、原始缺陷、腐蝕、疲勞[8]、磨損、錯(cuò)用鋼材,以及設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行不當(dāng)造成的泄漏等。四管泄漏將嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行[9-10],給電廠造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著鍋爐設(shè)備的老化,四管泄漏的問(wèn)題會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。

某廠鍋爐的最大蒸發(fā)量為1 025 t/h,額定蒸發(fā)量為960 t/h,為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐,該爐采用平衡通風(fēng)、四角切圓的燃燒方式,爐頂為封閉式大包結(jié)構(gòu)。2021年8月,該電廠出現(xiàn)鍋爐凝補(bǔ)水量增加、省煤器出口煙溫度升高、引風(fēng)機(jī)電流增大、四管泄漏報(bào)警等現(xiàn)象。檢查發(fā)現(xiàn)鍋爐七層爐膛1號(hào)角有異音,打開前墻壁再集箱(標(biāo)高44 m)上方3 m處左數(shù)第一和第二個(gè)看火孔(標(biāo)高47 m),發(fā)現(xiàn)兩個(gè)看火孔均有蒸汽溢出,判斷爐內(nèi)受熱面泄漏。壁式再熱器、水冷壁、分隔屏發(fā)生了不同程度的泄漏或吹損。筆者采用一系列理化檢驗(yàn)方法對(duì)該廠鍋爐壁再熱器管的開裂原因進(jìn)行分析,以防止該類問(wèn)題再次發(fā)生。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀觀察

鍋爐壁再熱器管的材料為12Cr1MoV鋼,規(guī)格為50 mm×4 mm(外徑×壁厚),分隔屏次外圈材料為12Cr1MoV鋼,規(guī)格為51 mm×7 mm(外徑×壁厚)。前墻壁再熱器管試樣宏觀形貌如圖1所示。

圖1 前墻壁再熱器管試樣宏觀形貌

1.2 金相檢驗(yàn)

對(duì)左數(shù)第31根再熱器管開裂位置進(jìn)行割管取樣,其顯微組織形貌如圖2所示,圖2a)為正常部位的顯微組織形貌,圖2b)～2c)為缺陷部位的顯微組織形貌。由圖2可知:正常部位的顯微組織為鐵素體+珠光體,球化級(jí)別為1.5級(jí),顯微組織正常;缺陷部位的顯微組織仍為鐵素體+珠光體,球化級(jí)別為1.5級(jí),顯微組織正常。

圖2 左數(shù)第31根再熱器管開裂位置顯微組織形貌

1.3 硬度測(cè)試

對(duì)左數(shù)第31根再熱器管取樣,用SHB-3000E型布氏硬度計(jì)對(duì)其進(jìn)行硬度測(cè)試,結(jié)果如表1所示,由表1可知:該管硬度符合DL/T 438—2016 《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》對(duì)12Cr1MoV鋼的硬度要求。

表1 左數(shù)第31根再熱器管試樣硬度測(cè)試結(jié)果 HBW

2 綜合分析

經(jīng)過(guò)對(duì)取樣管進(jìn)行宏觀觀察,發(fā)現(xiàn)管件沒有明顯腐蝕跡象,且受熱面管的氧化皮厚度也較薄,可以排除腐蝕導(dǎo)致受熱面管開裂的原因。金相檢驗(yàn)和硬度測(cè)試結(jié)果表明,缺陷處的顯微組織及硬度均正常,沒有發(fā)現(xiàn)過(guò)熱組織,可以排除過(guò)熱及材料本身存在缺陷等原因。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中,為了防止管子之間出現(xiàn)較大的變形,需要保持管排之間的設(shè)計(jì)間距,使管排之間的受熱情況相對(duì)平均且穩(wěn)定,需要在管排之間設(shè)置定位連接裝置,通過(guò)連接焊來(lái)固定管排(見圖3)。在焊接過(guò)程中,局部劇烈的溫度和組織變化會(huì)使材料產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力,當(dāng)出現(xiàn)較大應(yīng)力時(shí),靠近熔合線和熱影響區(qū)附近會(huì)成為薄弱環(huán)節(jié),可能發(fā)生開裂事故。

圖3 再熱器管排之間的布局示意

根據(jù)再熱器管的布局可知:受熱面管與管連接焊之間的角度為120°,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)分析,第31根再熱器管靠爐前側(cè)線狀泄漏點(diǎn)為首爆點(diǎn),首爆點(diǎn)位置與管排之間連接焊的角度均為120°,同時(shí)線狀泄漏點(diǎn)的高度與連接焊之間的高度一致,因此判斷在前期管屏焊接過(guò)程中出現(xiàn)誤焊,在首爆口位置產(chǎn)生了一定的原始缺陷,然后隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),管件出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

此外,滑動(dòng)板與第31根壁再熱器管通過(guò)焊接相連,且該位置同樣與第31根再熱器管靠爐前側(cè)線狀泄漏點(diǎn)高度一致,是前期滑動(dòng)板與31根壁再熱器管靠爐前側(cè)發(fā)生誤焊,產(chǎn)生了缺陷,導(dǎo)致管件缺陷位置發(fā)生開裂。

3 結(jié)論及建議

缺陷部位材料組織為鐵素體+珠光體,球化級(jí)別為1.5級(jí),顯微組織沒有發(fā)現(xiàn)異常情況。泄漏部位的硬度均正常,符合DL/T 438—2016的要求。再熱器管泄漏的原因是在設(shè)計(jì)安裝定位連接結(jié)構(gòu)的前期,管排的連接焊發(fā)生誤焊或者是滑動(dòng)板與31根壁再熱器管靠爐前側(cè)誤焊造成的缺陷,在運(yùn)行過(guò)程中,該位置成為薄弱環(huán)節(jié)。

建議對(duì)受熱面管之間的定位連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,避免受熱面管之間直接焊接,并加強(qiáng)對(duì)受熱面管基建部位的檢驗(yàn),從設(shè)計(jì)與安裝的合理性方向進(jìn)行調(diào)整[11]。