沧电锅炉受热面几种典型失效案例分析

郑立刚+薛永波

摘 要：失效分析是科学性、技术性很强的综合学科，锅炉受热面是机组安全运行的关键部件，对其失效部件进行科学的综合性分析，可以有效避免后继事故的发生，保证机组稳定运行。本文就沧电锅炉受热面几种典型失效案例进行分析，以供同类型机组参考和避免。

关键词：锅炉；受热面；失效；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.066

1 过热器及再热器失效案例分析

1.1 过热器失效案例

沧东3号锅炉型号为SG2080/25.4 M969，由上海锅炉厂制造，额定蒸发量2028t/h。锅炉运行约30000h，后屏过热器发生泄漏，位置位于炉膛内受热面左数第3屏前数第7根，距下弯头约3.5mm处背火侧，材质SA213T91，规格Φ48×7mm。该管子泄漏后对同屏相邻第8根管有吹损，割管检查发现被吹损管子内壁有一条纵向裂纹，该吹损管子材质、规格与第7根相同。

泄漏管子外壁呈现吹损形貌，内壁为线性裂纹特征，泄漏点附近管子无变形、无胀粗、表面无氧化皮，金相组织正常，机械性能良好，分析为原始环向裂纹开裂后出现微小泄漏，经长周期运行造成爆破。被吹损的第8根管子无泄漏，但发现其内壁存在纵向裂纹，裂纹较长，深度约占壁厚的4/5。裂纹边缘金相组织正常，无变形，裂纹内有氧化皮，裂纹尖端圆钝，无扩展痕迹。

从裂纹形貌及金相组织分析，其形成于管子加工过程中，热处理之前，分析为原始裂纹，在运行期间暂时没有扩展迹象。第7、8根管子缺陷出现的位置均距焊缝100mm之内，分析认为管子在生产加工过程中需进行涡流检验，由于涡流探头尺寸的限制，一般钢管两端100mm范围内的缺陷不能检测出来，管子出厂时制造商应将盲区切除，以保证管子没有缺陷。如此巧合的出现裂纹缺陷，有理由怀疑该批T91管在进行涡流检测后没有对端头进行盲区切除。

1.2 再热器失效案例

沧东2号锅炉检修启动后3天，高温再热器出口管屏左数第20排，前数第1、2根发生泄漏，管子材质为SA213T91，规格Φ57×4mm。

泄漏点呈圆孔状，附近管子没有明显的鼓包、胀粗、变形现象，外壁边缘也没有被吹损痕迹，泄漏点表面有弧坑，外观形貌与吹损减薄泄漏有明显区别，内壁边缘氧化皮有脱落。

采用体视显微镜观察漏点边缘，发现表面存在电焊烧蚀痕迹，说明该漏点圆坑泄漏前已经形成且泄漏后没有被蒸汽吹损。 使用S-3700N扫描电镜对漏点边缘进行扫描电镜分析，通过观察，漏点边缘有较多针孔和弧坑裂纹，表面波纹类似金属融化形态。使用EDAX能谱仪对坑底表面进行能谱分析，坑底除T91基体元素外，还有较多O、Si、Ca、Mn等元素，推测为电焊药皮成分。

金相检查发现漏点边缘两侧均存在粗大马氏体焊接组织，且伴有热影响区，其他位置均为正常的回火马氏体。启动后3天即发生泄漏，从运行时间及泄漏点形貌分析，推测是检修过程中焊接灼伤管子表面，造成壁厚减薄，强度不足，导致泄漏。

2 水冷壁失效案例

2.1 综合因素导致泄露案例

2015年9月3号锅炉水冷壁中间集箱入口螺旋段焊口运行中开裂，管子材质15CrMoG，规格Φ38×7mm。

宏观可见水冷壁管炉膛外侧两条裂纹及带压堵漏焊缝组织，炉膛内侧三条裂纹及鳍片处两条裂纹，裂纹已贯穿内外壁；宏观金相试样可知对接焊口采用氩弧焊打底手工电弧焊盖面焊接工艺，手工电弧焊熔敷金属层厚度6.0mm，且宏观组织为粗大柱状晶，说明手工电弧焊焊接线能量较大。在距离焊缝正中线向下30mm处截取母材金相试验面，宏观可见炉膛外侧存在两条鳍片裂纹，整个截面内孔呈现沿鳍片方向伸长的椭圆，经测量内孔长径26.80mm，内孔短径23.50mm，以外径为基准椭圆度为8.7%，说明水冷壁管承受了较大鳍片方向的拉伸应力。金相组织观察可见沿晶开裂的微裂纹，这些裂纹均表现出残余应力释放后形成的形貌。

综合分析：水冷壁鳍片采用氩弧焊打底电弧焊盖面工艺，因电弧焊线能量较大，且施焊层过厚，导致焊缝产生的残余应力过大，锅炉在运行中受膨胀及收缩力影响，导致鳍片与母材存在一定的结构应力，在焊接残余应力及结构应力共同作用下，焊缝产生沿晶释放裂纹，并随运行时间增加裂纹扩展直至开裂。

2.2 焊接缺陷导致泄露案例

2009年5月4号锅炉水冷壁前墙约34米左数第101根鳍片附近发生泄露，漏点呈圆孔状，附近管子无鼓包、胀粗、变形、减薄，泄露管子表面无吹损痕迹，管子材质15CrMoG，规格Φ38×7mm。

该漏点位于向火侧鳍片与管子焊缝附近，焊缝外观质量不良，存在表面气孔等缺陷，解剖该气孔缺陷，发现气孔深度已达壁厚的1/2。

腐蚀后观察管子横截面，除鳍片焊缝外，在漏点两侧均有明显的焊接组织，贯穿整个壁厚。从金相组织看，在焊缝及熔合线位置存在魏氏组织 ，说明焊接时线能量较大，组织出现过热，管子母材均为铁素体+珠光体，未见明显老化，珠光体球化1.5级。

分析认为泄漏原因是管子鳍片焊接时，焊接线能量较大，焊接质量不佳，造成气孔等危害性缺陷，运行后缺陷扩展导致泄露。

3 结束语

锅炉运行事故中，受热面失效所占比例较大，目前已成为影响机组可靠性的主要因素。本文对沧东电厂锅炉受热面几个典型失效案例进行分析，从而找出造成失效的型式及失效机理，从而制定措施，提高机组运行可靠性。

作者简介：郑立刚，男，天津人，本科，工程师，研究方向：锅炉检修及金属监督、焊接。