一臺鍋爐主汽閥裂紋的理化分析及建議

馬火華

摘要：在對一臺鍋爐主蒸汽閥門的磁粉檢測過程中，發(fā)現(xiàn)多處密級裂紋缺陷，文中通過微觀下的理化檢測對裂紋微觀形成原因進行分析，并提出合理化建議。

關(guān)鍵詞：鍋爐；裂紋；主汽閥；金相分析；硬度檢測

Physicochemical Analysis and Recommendations for Addressing Cracks in the Main Steam Valve of a Boiler

MA Huohua

（ Fujian Boiler and Pressure Vessel Inspection? Institute，F(xiàn)uzhou 350008， Fujian， China ）

Abstract： During the magnetic particle testing process of a boiler， multiple dense cracks were found. In the main steam valve. This article analyzes the micro formation reasons of cracks through physical and chemical analysis. Drawing from this analysis， the study offers practical and reasonable recommendations for addressing these cracks and preventing future occurrences.

Key Words：? Boiler; Cracks; Main steam valve; Metallographic analysis; Hardness testing

Physicochemical Analysis and Recommendations for Addressing Cracks in the Main Steam Valve of a Boiler

MA Huohua

（ Fujian Boiler and Pressure Vessel Inspection? Institute，F(xiàn)uzhou 350008， Fujian， China ）

Abstract： During the magnetic particle testing process of a boiler， multiple dense cracks were found. In the main steam valve. This article analyzes the micro formation reasons of cracks through physical and chemical analysis. Drawing from this analysis， the study offers practical and reasonable recommendations for addressing these cracks and preventing future occurrences.

Key Words：? Boiler; Cracks; Main steam valve; Metallographic analysis; Hardness testing

0 引言

主汽閥是鍋爐的一個重要承壓部件，保障鍋爐在啟、停機過程中主蒸汽正常的通斷，若鍋爐主汽閥出現(xiàn)故障甚至裂紋泄露，輕則影響鍋爐啟機進度，造成經(jīng)濟損失，重則無法保障鍋爐安全停機、泄露擴展、甚至發(fā)生爆炸等重大安全事故。[1]

鍋爐主汽閥缺陷主要分為以下兩種：

1）制造缺陷。閥門在制造過程中由于制造工藝程序和各類技術(shù)條件不規(guī)范而產(chǎn)生的缺陷，如各類氣孔、縮孔、疏松、沙眼、夾渣等，[2]另外還包括制造、熱處理過程中產(chǎn)生的應(yīng)力集中甚至冷、熱裂紋。

2）安裝及使用產(chǎn)生的缺陷。安裝過程中，因閥門位置、焊接、對接焊口熱處理等會產(chǎn)生應(yīng)力集中并有可能進一步發(fā)展為裂紋缺陷；[3]使用過程中，因超溫超壓運行、鍋爐頻繁啟停、保溫防腐較差或者正常使用但使用時間較長而產(chǎn)生的缺陷。

1 本次檢驗鍋爐及閥門基本情況

本次檢驗的是一臺型號為KG65-450/5.29-FDJ1的生物質(zhì)鍋爐，過熱器出口壓力為5.29MPa，過熱器出口溫度為450℃，累計運行約83134小時左右，鍋爐主汽閥材質(zhì)為ZG20CrMoV。

2 檢測情況及理化分析

2.1 磁粉檢測

對閥體外表面進行磁粉檢測，共發(fā)現(xiàn)3處裂紋，裂紋具體位置見圖1、圖2，裂紋形態(tài)均呈現(xiàn)為枝狀發(fā)散，見圖3。

2.2 金相分析

對缺陷3處的裂紋打磨至剩余1mm左右的長度后，對該區(qū)域進行腐蝕，腐蝕液為4%硝酸酒精，腐蝕后宏觀可見兩片不同的區(qū)域，文中將高亮區(qū)定為A區(qū)域（長8mm×寬4mm），高亮區(qū)域外定為B區(qū)域，具體見圖4。

通過500倍下金相組織形貌可見，A、B區(qū)域存在明顯的組織差異，A區(qū)域微觀金相組織為鐵素體+珠光體+碳化物，珠光體球化接近4級，而B區(qū)域微觀金相組織為鐵素體+珠光體+碳化物，珠光體球化在2級左右（見圖5）。而裂紋產(chǎn)生的區(qū)域就在球化較為嚴(yán)重的A區(qū)域內(nèi)。

裂紋區(qū)域500倍金相組織形貌見圖6，微觀裂紋沿晶擴展，并在末梢已產(chǎn)生裂紋生成的趨勢。

2.3 硬度檢測

使用便攜里式硬度計對A、B區(qū)域進行硬度檢測，具體數(shù)值及平均值見表1。

2.4光譜分析

使用手持式光譜儀（型號為DPO2000）計對A、B區(qū)域進行光譜分析，具體項目及數(shù)據(jù)見表2。

3 原因分析

通過光譜分析結(jié)果可見該閥門各項元素含量均在規(guī)定數(shù)值內(nèi)，且鍋爐已累計運行約83134小時左右，在以往的定期檢驗中均未發(fā)現(xiàn)閥門裂紋缺陷，因此該缺陷基本可排除為制造、安裝過程中產(chǎn)生的缺陷。

從使用方向分析，通過硬度檢測可見，部分閥體材質(zhì)已出現(xiàn)劣化或者劣化傾向。依據(jù)DLT 438-2016 《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》附錄C的規(guī)定，ZG20CrMoV材質(zhì)的硬度參考值范圍為140～220HB HLD，[4]本次裂紋區(qū)域硬度已降至110HB HLD（A區(qū)平均值），裂紋周邊區(qū)域（B區(qū)域）也已低于其參考值下限。金相分析也發(fā)現(xiàn)存在珠光體球化現(xiàn)象，珠光體球化是指珠光體中的滲碳體（碳化物）由片層狀結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變成球狀結(jié)構(gòu)以及后續(xù)的球狀粒子聚集長大的過程，研究表明珠光體球化會使鋼的屈服強度和抗拉強度都降低，[3]并隨著珠光體球化程度逐漸加劇。鍋爐運行工況穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)超溫、超壓運行或者頻繁啟停情況。

由此可見，該閥門的裂紋缺陷為正常使用狀態(tài)下，閥門材質(zhì)劣化即珠光體球化導(dǎo)致的強度下降，微觀裂紋在鐵素體周邊強度較差部位沿晶產(chǎn)生并進一步發(fā)展成宏觀裂紋。此外，該閥門露天豎直布置，3處裂紋均為閥體上部易接觸雨水部位，保溫存在破損，現(xiàn)場防雨措施不到位，閥體外滲入雨水，保溫不規(guī)范導(dǎo)致的溫差應(yīng)力也是加快閥門劣化的原因之一。

4 建議

1）鑒于在運行8萬小時后由于材質(zhì)劣化已經(jīng)出現(xiàn)裂紋缺陷，建議更換該閥門，對新更換的閥門也應(yīng)做相關(guān)技術(shù)檢測，以防止制造產(chǎn)生的各類缺陷。

2）正常使用下運行小時數(shù)與閥門材質(zhì)劣化的關(guān)系在文中不做討論，但在各電廠超5萬小時的閥門檢測中，多見主汽閥閥體的裂紋缺陷，因此在鍋爐運行超過5萬小時后，建議在滿足鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程的前提下，縮短檢驗周期，加強對鍋爐主汽閥的定期監(jiān)督檢測，尤其是對類似于ZG20CrMoV材質(zhì)的閥門應(yīng)加強監(jiān)督，定期檢測，以防止在檢驗周期內(nèi)因出現(xiàn)劣化裂紋導(dǎo)致的重大安全事故。

3）排查鍋爐其余同等批次及使用情況的閥門，特別是存在保溫破損的露天閥門，對其外表面做全面的磁粉檢測、硬度檢測、金相分析等，看是否也存在同樣裂紋缺陷或者是否出現(xiàn)了材質(zhì)劣化趨勢。對各個露天布置的閥門也應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求做好保溫防雨措施。

參考文獻

[1]張玉娟.一臺鍋爐主汽閥裂紋分析及處理[R]．特種

設(shè)備安全技術(shù)，2022（06）：3-4.

[2]周潤秋.鍋爐房蒸汽閥門可能產(chǎn)生的缺陷及其危害[B]．

應(yīng)用能源技術(shù)，2006（01）：21-22.

[3]劉明武，蘇輝，張晉坤.15CrMo鋼珠光體球化對性

能的影響[A]．金屬熱處理，2015，40（06）：41-44.

[4]國家能源局.火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程：DL/T

438-2016[S].北京：中國電力出版社，2016：8.