超临界锅炉末级过热器爆管原因分析

2017-08-10何军张健何天磊

中国设备工程 2017年15期

关键词：末级过热器马氏体

何军，张健，何天磊

（1．国网安徽省电力公司电力科学研究院电源技术中心，安徽合肥 230601；2.中电华创电力技术研究有限公司，江苏苏州 215000）

超临界锅炉末级过热器爆管原因分析

何军1，2，张健1，2，何天磊1，2

（1．国网安徽省电力公司电力科学研究院电源技术中心，安徽合肥 230601；2.中电华创电力技术研究有限公司，江苏苏州 215000）

对某电厂600MW机组超临界锅炉T91末级过热器爆管进行宏观分析、化学成分分析、微观分析、力学分析。结果表明，由于短时超温，造成氧化皮脱落，形成汽侧阻塞，导致爆管，对此提出防范措施。

超临界锅炉；末级过热器；爆管；短时过热

1 概述

某电厂600MW机组锅炉型号为HG-1900/25.4-YM7，2008年8月投产，为超临界参数变压运行本生直流锅炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。该锅炉B修完成后，在点火时发现其末级过热器爆管，截至B修，累计运行时间约6.1万小时。末级过热器位于折焰角上方，沿炉宽方向均匀排列共30屏，每屏由20根管子绕制而成，进口段材料T91，弯头及出口段材料为TP347H，规格为φ38.1×7.5mm。

2 宏观检验

爆口位于锅炉末级过热器左数第21排外数第3圈，T91侧，爆口距离T91/TP347H焊缝约1750mm，由图1可知，爆口开口较大，爆口最大处长度约130mm，呈“鱼嘴”状，且爆口边缘减薄严重，而且存在表面氧化龟裂现象，具有显著的过热爆管特征。

图1 末级过热器爆管宏观照片

末级过热器爆管与很多因素有关，其中主要有材质因素和运行因素等，为对末级过热器材质进行组织对比和性能对比，在末级过热器左数第21排外数第3圈爆口位置边缘、爆口背面、远离爆口分别取3个试样进行分析。

3 化学成分分析

对爆管管样进行化学成分分析，结果符合ASME标准中SA213-T91钢的成分要求，由表1可知，爆管管样没有错用材质，也不存在成分不合格现象。

4 微观组织分析

在上述爆管管样上分别选取爆口位置边缘、爆口背面、远离爆口进行微观分析。金相组织如图2a、b、c所示。

图2 爆口处、爆口背面、远离爆口的照片

表1 爆管管样化学成分分析结果

由图2可知，爆口边缘处区域有马氏体+回火马氏体组织。T91管的碳当量很高，在超温的作用下空冷之后，在恰当的条件下空冷得到淬火马氏体组织。爆口背面显微组织也有马氏体+回火马氏体组织。远离爆口约500mm的位置管子内壁氧化皮厚度约为0.255mm，且氧化皮形态疏松，部分区域存在脱落的现象。该样管的超温区间位于A1和A3之间，这个区间部分铁素体转化为奥氏体，冷却下来奥氏体转化为淬火马氏体，碳化物不溶解反而粗化，Laves相溶解。三处的金相点硬度如表2所示，均高于所规定的数值上限。

表2 布氏硬度试验结果（HBW）

5 机械性能检验

对管样进行拉伸试验，测得拉伸试验性能数据见表3。由表3可知，管样的抗拉强度在其范围内。

表3 拉伸试验数据

6 结果及讨论

末级过热器管发生爆管，爆口在T91侧，为短时超温导致，金相照片中看出T91管内壁均存在较厚的氧化皮，厚度约0.25mm。该锅炉已经运行6.1万小时，根据上述分析，爆管的原因是在锅炉起炉时，温度上升过快，导致末级过热器氧化皮脱落在下部弯头处堆积，堆积的氧化皮减少了管道的流通截面积，使末级过热器发生过热而爆管。

氧化皮的剥落与否，主要取决于氧化皮与母材之间热膨胀系数的差异，热膨胀系数相差越大，氧化皮越容易剥落。氧化皮的膨胀系数约为0.9×10-6，T91的膨胀系数约为12×10-6，TP347H的膨胀系数约为18×10-6。由于氧化皮与母材之间热膨胀系数的差异，当氧化皮厚度达到一定值后，在温度发生变化时，氧化皮即很容易从金属本体剥离。尤其是温度发生反复或剧烈的变化时，如锅炉启停、停炉时强制通风快速冷却，都会加速氧化皮的剥落。