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      某電廠鍋爐末級(jí)過(guò)熱器爆管原因分析

      2018-01-22 03:12:41澤,俞
      發(fā)電技術(shù) 2017年6期
      關(guān)鍵詞:爆口末級(jí)管段

      李 澤,俞 曠

      (華電電力科學(xué)研究院,浙江 杭州 310030)

      0 引言

      T23鋼是在T22鋼(2.25Cr-Mo)的基礎(chǔ)上吸收了102鋼的有點(diǎn)加以改進(jìn),通過(guò)降低C含量,以W元素替代部分Mo元素,并加入了Nb、V等元素來(lái)提高蠕變強(qiáng)度,同時(shí)加入微量B元素以提高淬透性,以獲得完全的貝氏體組織,是一種高強(qiáng)度和高韌性的貝氏體耐熱鋼。目前T23鋼管已經(jīng)廣泛引用于超(超)臨界機(jī)組的水冷壁、過(guò)熱器以及再熱器[1]。

      1 概述

      某電廠#2號(hào)鍋爐為SG-1913/25.4-M958型超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐,自投產(chǎn)以來(lái)末級(jí)過(guò)熱器已發(fā)生兩次爆管,第一次爆管時(shí)間為2016年9月21日下午4時(shí),爆管位置為末級(jí)過(guò)熱器左起第8屏、前數(shù)第8根管子的迎流面,第二次爆管時(shí)間為2017年10月4日下午1時(shí),爆管位置為末級(jí)過(guò)熱器左起第36屏、前數(shù)第7根管子的迎流面,材質(zhì)均為SA213-T23,規(guī)格為?38.1mm×7.96mm。第二次爆管時(shí)已累計(jì)運(yùn)行12072h。本文擬通過(guò)宏觀檢查、金相檢驗(yàn)及拉伸試驗(yàn)對(duì)第二次爆管樣品進(jìn)行爆管原因分析。

      2 試驗(yàn)方法與結(jié)果

      2.1 宏觀檢查

      截取爆管段,宏觀形貌如圖1(a)~(c)所示。爆裂口長(zhǎng)約32mm,寬約5mm,位于彎頭的外弧面,呈縫隙狀,沿縱向開裂。爆口斷面粗糙呈顆粒狀,沒(méi)有明顯塑性變形,邊緣呈鈍邊且不平整,表現(xiàn)為脆性斷裂特征[2]。爆口附近有許多平行于破口的小裂紋,內(nèi)外表面氧化皮較厚,氧化皮沿縱向開裂,部分氧化皮剝落,具有長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱爆管的特征。

      圖1 爆管管段及爆口宏觀形貌Fig.1 Macroscopic morphology of the tube section and the burst

      對(duì)爆管樣品進(jìn)行管徑測(cè)量,測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。爆口裂紋末端(上方)、爆口裂紋末端(下方)及爆口上方距彎頭中心250mm處脹粗量C(%)均已超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求。

      表1 爆口附近管子外徑測(cè)量結(jié)果Tab.1 Measurement results of tube outer diameter near the detonating surface

      2.2 化學(xué)成分分析

      將爆管樣品的母材段取樣,進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果表明,管樣的化學(xué)成分基本符合ASME標(biāo)準(zhǔn)要求,詳見(jiàn)表2。

      表2 化學(xué)成分分析結(jié)果Tab.2 Results of Chemical composition analysis wt,%

      2.3 機(jī)械性能測(cè)試

      根據(jù)GB/T 228-2002《金屬拉伸試驗(yàn)方法》,截取爆口上方管樣,加工成全壁厚縱向弧形拉伸試樣,在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,其抗拉強(qiáng)度低于ASME標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求,詳見(jiàn)表3。拉伸試驗(yàn)中,由于爆口上方管段的下屈服點(diǎn)在拉伸曲線圖上不明顯,故未檢測(cè)出下屈服強(qiáng)度。

      表3 拉伸性能測(cè)試結(jié)果Tab.3 Results of tensile test

      2.4 金相組織檢查

      截取爆口管子的橫截面進(jìn)行金相檢查,截取位置為爆口邊緣、爆口裂紋末端和爆口上方距爆口中心約600mm處,浸蝕劑為4%硝酸酒精溶液。金相顯微鏡型號(hào)為OLYMPUS PME3-323UN,觀察拍照結(jié)果見(jiàn)圖2(a)~圖2(f)。爆口邊緣和爆口縱向末端附近有蠕變孔洞、孔洞鏈和微裂紋,見(jiàn)圖2(a)、圖2(b)。爆口邊緣、爆口裂紋末端的金相組織均為鐵素體+碳化物,碳化物沿晶界聚集成顆粒狀,組織老化級(jí)別為5級(jí),見(jiàn)圖2(c)、圖2(d)。爆口背面和離爆口中心約600mm處管子的金相組織為鐵素體+貝氏體+碳化物,組織老化級(jí)別為4級(jí),見(jiàn)圖2(e)、圖2(f)。

      圖2 爆管管段及爆口微觀形貌Fig.2 Micromorphology of the tube section and the burst

      2.5 分析與討論

      (1)從爆管的宏觀檢查結(jié)果看,斷口粗糙呈顆粒狀,沒(méi)有明顯塑性變形,屬脆性斷裂。爆口附近有許多平行于破口的小裂紋,管子內(nèi)外表面氧化皮較厚,氧化皮沿縱向開裂,部分氧化皮剝落,具有典型的長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱爆管特征。氧化皮的傳熱熱阻較大,使得蒸汽和管壁的熱交換受到阻礙,又加劇了管壁溫度的升高及氧化過(guò)程,這將會(huì)導(dǎo)致管子的最終蠕變損傷加劇及過(guò)熱爆管[3-4]。

      (2)從金相檢查結(jié)果來(lái)看,金相組織嚴(yán)重老化。T23材料的正常金相組織為回火貝氏體,而爆口邊緣和爆口縱向末端的金相組織中組織均為鐵素體+碳化物,碳化物沿晶界聚集成顆粒狀,組織老化級(jí)別為5級(jí)。金相組織中發(fā)現(xiàn)有蠕變孔洞,這是在一定的溫度和應(yīng)力條件下形成的孔洞,很多蠕變孔洞聚集形成鏈狀,產(chǎn)生微裂紋,微裂紋逐步沿著最有利的方向逐步擴(kuò)展,最后導(dǎo)致整個(gè)管材斷裂。由于彎頭處有外弧切向最大拉應(yīng)力的作用,更有利于蠕變孔洞的形核和長(zhǎng)大,溫度和應(yīng)力的共同作用導(dǎo)致其在彎頭處發(fā)生蠕變斷裂。

      (3)化學(xué)成分分析表明,管子材質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求,沒(méi)有錯(cuò)用鋼材。

      (4)拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明,爆口附近管段的抗拉強(qiáng)度Rm明顯低于ASME標(biāo)準(zhǔn)要求,這可能是由于受檢管材在長(zhǎng)期超溫超壓工況下運(yùn)行,金相組織老化嚴(yán)重,導(dǎo)致管材抗拉強(qiáng)度明顯下降。

      綜上所述,該鍋爐末級(jí)過(guò)熱器管因長(zhǎng)期超溫運(yùn)行,導(dǎo)致其蠕變速度加快,管徑脹粗,材質(zhì)老化,產(chǎn)生蠕變孔洞、蠕變微裂紋,微裂紋逐步擴(kuò)展,最后導(dǎo)致整個(gè)管材斷裂。

      3 結(jié)論及建議

      某電廠2號(hào)鍋爐末級(jí)過(guò)熱器管由于經(jīng)受長(zhǎng)期過(guò)熱造成管子蠕變損傷嚴(yán)重,最終導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱爆管。建議電廠調(diào)整運(yùn)行參數(shù),防止超溫運(yùn)行,加強(qiáng)對(duì)末過(guò)管屏的宏觀檢查和管徑脹粗測(cè)量,在爆管附近增設(shè)壁溫測(cè)點(diǎn),加強(qiáng)對(duì)末過(guò)管壁溫度的監(jiān)控。

      [1]金科,聶銘,范振寧,等.T23鋼管材老化性能評(píng)估[J].廣東電力,2007,20(2):44-47.Jin Ke, Nie Ming, Fan Zhenning, et al.Performance Evaluation of T23 Steel Tube Aging[J].Guangdong Elec?tric Power,2007,20(2):44-47.

      [2]王鵬.4號(hào)爐末級(jí)過(guò)熱器爆管原因及“四管”爆漏的防范措施[J].華北電力技術(shù),2005,(12):34-36.Wang Peng.Reason Analysis on Tube Rupture of Final Superheater of No.4 Boiler[J].North China Electric Pow?er,2005,(12):34-36.

      [3]肖國(guó)振,尹成武,朱平,等.超臨界鍋爐末級(jí)過(guò)熱器T23管性能狀態(tài)評(píng)估及監(jiān)督管理[J].鍋爐技術(shù),2013,44(1):63-66.Xiao Guozhen,Yin Chengwu,Zhu Ping,et al.Perfor?mance state evaluation and supervision management of supercritical boiler T23 superheater tube[J].Boiler Tech?nology,2013,44(1):63-66.

      [4]趙慧傳,孫標(biāo),楊紅權(quán),等.超臨界600MW機(jī)組鍋爐末級(jí)過(guò)熱器管材服役現(xiàn)狀分析及改造建議[J].中國(guó)科技投資,2013,42(1):1-4.Zhao Huichuan,Sun Biao,Yang Hongquan,et al.Cur?rent service situation and retrofitting advices for tubes on final superheater in supercritical boilers[J].Thermal Power Generation,2013,42(1):1-4.

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