低温过热器泄漏原因分析及采取措施

文/程 强（作者简介：程强 广东国华粤电台山发电有限公司）

过热器是锅炉最重要的组件之一，其作用是将饱和蒸汽定压加热成具有一定过热度的过热蒸汽。过热器又是锅炉最复杂的受热面，所在区域烟气流速高，受热，面管壁温度高，管内蒸汽温度高。高温烟气除了冲刷受热面进行对流换热外，还对受热面进行辐射换热，加上受热面管外结焦、积灰、高温腐蚀以及结构等原因导致烟气走廊和管内结垢而造成的吸热不均和流量不均，往往会使部分受热面管壁超过许用温度，引起钢材的热强度、热稳定性下降，甚至造成受热面管壁过热、爆管等严重事故。所以过热器的工作状况不仅决定主蒸汽品质的高低，而且在一定程度上决定锅炉的安全运行，对锅炉的经济性及安全性有着重要影响。

过热器常见的爆管原因有长时超温、短时超温、材质不良及腐蚀性热疲劳裂纹损坏。

1 锅炉简介

该电厂600MW锅炉的型号为SG-2028/17.5-M907。该炉为亚临界压力一次中间再热控制循环汽包炉。锅炉采用摆动式燃烧器调温，四角布置、切向燃烧，正压直吹式制粉系统、单炉膛、∏型露天布置、固态排渣、全钢架结构、平衡通风。

锅炉后烟井深度12768mm，后烟井内设有低温过热器和省煤器。低温水平过热器全部布置于后烟井内省煤器上方，共分三组水平蛇形管、一组垂直蛇形管，每组为127排，最后由垂直出口段从炉顶引出。每排蛇形管由6根并联管圈套弯，管子外径Φ57mm，横向节距152mm，在水平蛇形管最下面一组的入口端，采用了分叉管结构。水平过热器管子材料，下部及中下部管组全部为SA-210 C，上部管组为15CrMoG、SA-210C，垂直段为15CrMoG。

SA-210 C的塑性、韧性及焊接性能优良，在530℃以下具有满意的抗氧化性能。当硬度HB=137~174时，其相对加工性为65%。应用范围：壁温小于等于450℃的受热面管子及省煤器管等。

2 泄露情况

2008年6月30日5#机组在运行过程中锅炉低温过热器直角弯头部位（材料：ASME SA210C Φ57×7）发生泄漏，泄漏位置如图所示。

泄漏位置图

3 泄漏试样的试验分析情况

3.1 宏观分析

泄漏部位位于低温过热器弯头处，如图所示：

泄漏位置及连带的直管

泄漏位置宏观形貌

首先，对泄漏部位进行观察，发现在弯头外弧中间部位存在长约3.4cm的纵向开裂，裂缝较直，边缘粗钝，周围无其他明显裂纹，无氧化皮，无胀粗现象，爆口处壁厚无减薄现象，内壁检查无明显腐蚀或结垢现象。同时，在该弯头外弧处发现多处钝器击打痕迹，如上图所示。

泄露通道是一条由管道外壁向内扩展并贯穿管壁的裂缝，该裂缝位于低温过热器弯头部位。其形态沿管道轴线延伸，主裂纹呈撕裂状，其周边存在其它微小裂纹。

取部分裂纹处管壁截取一管环，将其沿裂缝拉开进行断口分析，如下图所示断口：

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泄漏裂缝端面

样品左端区域呈黑色，且存在水流冲刷痕迹，近管内壁端存在瞬断痕迹。在样品中段存在红斑，经观察分析该红斑是该过热器组件出厂前涂装的红色防锈漆。样品右段为试验中产生的新断口，由于左侧裂纹作用，其呈脆性断裂形貌。

同时，我们对泄露弯头的直管段进行了表面及截面观察，未发现裂纹及其他缺陷。

3.2 化学成分分析

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对取回的样品进行了化学成分分析，结果如下：（wt%）以上化学成分分析结果符合ASME 标准中对SA210C材料化学成分的规定。

3.3 力学性能试验

3.3.1对直管段我们进行了机械性能的测试，结果如下：

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3.3.2对该ASME SA210C Φ57×7进行压扁测试，取H=35.9，测试结果未发现开裂。

压扁测试结果

3.3.3样品截面硬度测试测得该管周向均匀分布四点布氏硬度值（HBW）分别为158 156 155 154,标准中规定的范围是不大于179HB。

以上力学性能测试结果符合ASME 标准中对SA210C材料力学性能的规定。

3.4 金相分析

截取裂纹处管横截面进行金相分析，组织为铁素体+珠光体，晶粒度7—8级，略有带状形态，是该材料的正常组织。

对泄漏裂纹进行微观分析发现，裂纹是由管壁外表面产生，裂纹形式为沿晶界扩展，同时在裂纹中存在黑色的金属氧化物，部分裂纹段晶粒发生变形。同时，在主裂纹附近发现了若干伴生裂纹。

金相分析表明，该材料的金相组织是正常的。

4 泄露原因分析

通过化学成分分析、力学性能试验、金相分析等，表明该管材是符合ASME标准的合格材料。综合分析，得出低温过热器管泄露的根本原因是弯头部位有制造缺陷，即存在原始裂纹源，随着锅炉运行时间的延长，裂纹逐渐发展，直至泄漏。

根据裂纹形态及SA210C管材的塑性变形能力，在冷弯加工中不会产生此种裂纹。推测裂纹产生最初可能为，弯头在加工过程中，由于导架或滚轮存在粘附的金属杂质、接触面不平整等问题，造成弯头外侧机械损伤，再加上部分弯头弯后进行了火焰校正、锤击，从而形成了初始裂纹。这样，管子强度将被严重削弱。在高温运行过程中，缺陷部位易产生应力集中，在外界环境和材料内部应力的综合作用下，致使裂纹扩展、缺陷扩大。最终裂纹前端管壁不能承受管道内部压力的作用，引起管道泄露。

5 采取措施

5.1 利用机组检修，对低温过热器弯头进行全面的无损检测，发现缺陷采取换管处理，保证机组安全稳定运行。

5.2 在机组检修中加大锅炉受热面的防磨防爆检查范围和力度，充分发挥防磨防爆小组的作用，加强金属检验工作。

5.3 炉管弯头是受热面的薄弱环节，管材质量、弯头加工工艺等都可能造成弯头失效，由于近几年电厂基建工程大量增加，制造、生产、加工、检验能力的限制，管道不可避免存在质量问题。因此，要加强锅炉制造和基建安装过程中的管理与质量检查、检验、验收工作，及时发现和消除缺陷。

6 结束语

这次受热面管道泄漏表明，近几年随着电厂基建工程大量增加，制造、生产、加工、检验能力的限制，管道不可避免存在质量问题。为了保证机组安全稳定运行，我们要加强锅炉制造和基建安装过程中的管理与质量检查、检验、验收工作，及时发现和消除缺陷和隐患。