220 t/h锅炉高温过热器爆管原因分析

王剑文

(南京化学工业园热电有限公司，南京 210047)

1 爆管概况

锅炉过热器是火力发电厂中的高温承压部件，它能否安全工作对整个机组的安全、经济、稳定运行有着十分重要的意义。过热器失效后的分析也非常关键，分析结果将会直接影响机组的后续运行。某电厂#1锅炉系上海锅炉厂设计、生产的额定蒸发量为220 t/h的单汽包自然循环炉，配额定容量为55 MW的汽轮发电机，于2005年5月投运，到2011年4月，累计运行约5万h。2011-04-23 T 19:20，#1锅炉高温过热器从A侧向B侧数第42屏炉后U形管炉前侧下弯发生爆管(爆管位置如图1所示)，随即，从A侧向B侧数第41、第42屏炉前U形管炉后向炉前数第1根和第43屏炉前U形管炉后向炉前数第1、第2根均被蒸汽吹漏(如图2所示)，此次爆管共更换12根管段。为了保障锅炉的安全运行，防止类似事故的再次发生，对该次爆管进行分析，找出爆管的原因，为机组的安全、稳定运行提供有效依据。

图1 爆管位置

图2 被蒸汽吹漏的管子

2 相关试验及结果

爆管的高温过热器管材质为12Cr1MoVG，规格为ø38 mm×4.5 mm；爆口在下弯外弧及外弯沿轴向发展，爆口的最大宽度约7 mm，长68 mm，边缘厚4 mm；边缘粗糙，内、外壁向火侧氧化皮为黑色，爆口内壁有较多的氧化皮开裂，爆口处无明显塑性变形且边缘较钝，无明显减薄(如图3所示)。

管样编号：从A侧向B侧数第42屏炉后U形管炉前向炉后数第1根下弯管背弧处为始爆口，编号“42后-1”；第42屏炉前U形管炉后向炉前数第1根编号“42前-1”；第43屏炉前U形管炉后向炉前数第3根编号“43前-1”。

2.1 宏观检查及管径测量

对3段样管的管径进行测量，结果符合DL/T 438—2009《火力发电厂金属技术监督规程》的要求，见表1。

图3 原始爆口

表1 取样管胀粗测量数据

2.2 化学元素复核

对样管材质12Cr1MoVG的主要合金元素进行光谱分析，符合GB 5310—2008《高压锅炉用无缝钢管》中化学成分的技术要求，见表2。

表2 元素成分光谱分析结果 %

2.3 常温力学性能试验

对3段样管进行常温力学性能试验，除个别试样不符合GB 5310—2008《高压锅炉用无缝钢管》中钢管的力学性能要求外，其余试样试验结果均符合要求，见表3。

表3 力学性能试验结果

2.4 显微组织、内外壁氧化形貌及硬度试验

磨制抛光试样后在100倍显微镜下观察内、外壁氧化皮，腐蚀后在高倍显微镜下观察显微组织，并在台式布氏硬度计上用小直径钢球以小载荷测量其布氏硬度。几乎所有试样的组织均已达到4级球化及以上，内、外壁氧化皮厚0.2 mm左右，爆口处有深入基体的氧化裂纹。DL/T 438—2009《火力发电厂金属技术监督规程》推荐12Cr1MoVG的硬度值为135～179 HBW，爆口炉前直段及“42前-1”管的硬度均已低于此范围，见表4。

表4 氧化皮厚度测量、显微组织、硬度试验结果

续表

图4 爆口处内壁氧化形貌

图5 爆口处外壁氧化皮

图6 爆口处显微组织(球化4级)

图7 爆口对侧内弧处内壁氧化皮

图8 爆口对侧内弧处外壁氧化皮

图9 爆口对侧内弧处显微组织(球化3.5级)

图10 爆口一侧尖端开裂处内壁氧化皮

图11 爆口一侧尖端开裂处外壁开裂及氧化裂纹

图12 爆口一侧尖端开裂处外壁开裂及氧化裂纹

图13 爆口一侧尖端开裂处显微组织(球化4级)

图14 爆管炉前直段迎火处内壁氧化皮

图15 爆管炉前直段迎火处外壁氧化皮

图16 爆管炉前直段迎火处显微组织(球化4.5级)

图17 爆管炉后直段迎火处内壁氧化皮

图18 爆管炉后直段迎火处外壁氧化皮

图19 爆管炉后直段迎火处显微组织(球化3.5级)

图20 “42前-1”管迎火处内壁氧化皮

图21 “42前-1”管迎火处外壁氧化皮

图22 “42前-1”管显微组织(球化4级)

图23 “43前-1”管迎火处内壁氧化皮

图24 “43前-1”管迎火处外壁氧化皮

图25 “43前-1”管显微组织(球化4级)

3 结论及建议

(1)宏观检查、管径测量、爆口壁厚测量、常温力学性能试验、合金元素复核、硬度试验及金相分析显示：爆口形貌具有典型长期过热断裂的特征；爆口呈脆性断口，边缘粗糙且不平整；爆口处壁厚无明显减薄，爆口张开度比较小，管子外壁有较多与爆口方向一致的纵向裂纹；爆口处管子内壁有一层较厚的氧化皮，爆口处金相组织均为4级及以上球化，部分位置硬度值已低于标准推荐的下限值；个别试样的抗拉强度低于标准下限值。对主要合金元素进行复核并与未爆的管进行对比分析，排除钢材错用引起爆管的可能性，判断此次爆管原因为长期过热。

(2)根据管子球化严重的分析结果，应尽快停炉，对高温过热器受热面管子进行全面的寿命评估试验，并在停炉前加强#1锅炉运行参数的控制，确保锅炉安全、稳定运行。

参考文献：

[1]DL/T 438—2009 火力发电厂金属技术监督规程[S].

[2]DL/T 773—2001 火电厂用12Cr1MoV钢球化评级标准[S].

[3]刘尚慈.火力发电厂金属断裂与失效分析[M].北京：水利电力出版社，1990.