超超临界锅炉水冷壁垂帘管断裂原因分析

宫伟基 王勇刚

摘 要：针对某厂超超临界锅炉水冷壁垂帘管断裂后的失效管段，进行了宏观、硬度、金相及电镜分析，结合现场情况，分析爆管断裂原因，并提出处理措施。

关键词：超超临界；垂帘管；断裂

中图分类号：TK223.31 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）11-0173-02

0 引言

某厂一号机组为670MW超超临界燃煤汽轮发电机组，锅炉为超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、半露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。

锅炉额定蒸汽出口压力29.3MPa，过热蒸汽出口主蒸汽温度605℃，最大连续蒸发量1968t/h，最终锅炉的最大连续蒸发量（B-MCR）与汽轮机的VWO工况相匹配。

1 事故经过

1.1 事前工况

某年10月25日该厂一号机组试运调试期间，5时30分，该机组有功负荷500MW，B、C、D、E、F制粉系统运行，送风机、汽动引风机、一次风机运行，汽动给水泵运行。

运行人员发现炉管泄漏检测系统多点报警，就地检查发现锅炉炉膛内有明显泄漏声，锅炉63米前墙人孔门处声音最大，工作人员判断为炉管泄漏。请示省调批准降参数停机，依次停止F、E、D、C、B制粉系统，滑降汽压至9.8Mpa，7时42分锅炉熄火。

1.2 检查情况

停炉冷却后，自锅炉63.5米处人孔门进入炉膛。检查发现，后水垂帘管自炉左至炉右第19排，自炉前向后数第3根断裂，断裂位置在厂家焊口上部约400mm处呈爆裂形状断裂如图1、图2所示，同排左右两侧管路变形脱离定位卡，自炉左的流体定位管亦脱离定位卡。

取样管段表面存在轻微氧化现象，爆口母材有缺失，壁厚减薄不明显，如图3所示。

2 检验情况

2.1 光谱检验

对断管的上下段及焊缝进行光谱分析，符合材质标准要求（水冷壁垂帘管材质：12Cr1MoVG，规格：φ35×6.2mm）。

2.2 内窥镜检查

使用内窥镜对泄漏的水冷壁垂帘管内部检查，未发现异物。

2.3 厚度测量

对周围其它管子进行超声测厚，最低值为5.8mm，一般为6.0mm左右，符合要求。

2.4 管子蠕变测量

使用游标卡尺对周围怀疑的管子进行蠕变测量，最大值为35.74mm。满足DL/T 438—2016《火力发电厂金属技术监督规程》9.3.19条“低合金钢管外径蠕变应变不大于2.5%”的要求。

2.5 硬度检测

对割取的管样采用里氏硬度计进行硬度检测，硬度值如表1所示。符合DL/T 438—2016《火力发电厂金属技术监督规程》要求的“HB135-195”。（因管段无法固定，实际测量存在偏差，一般测量值较实际偏低。）

2.6 现场覆膜金相分析

共做三个部位，如图4中a、b、c共3点母材进行金相检验。组织均为贝氏体+铁素体，按照DL/T773-2016《火电厂用12Cr1MoV钢球化评级标准》球化评级为2～2.5级，属于正常组织。

a、b两点金相组织分别如图5、图6所示。

2.7 电镜分析

对断管取样，委托西安热工院监督部进行扫描电镜分析，如图7、图8所示。内外壁均存在裂纹源显示，瞬断区韧窝明显。

3 分析与讨论

（1）垂帘管位于折焰角后部，沿水平烟道垂直布置。考慮部件结构情况，垂帘管存在上下拉伸受力，该管断裂部位为原始母材管段；断口为脆性断裂。

锅炉运行中定位装置或夹持结构不当，使管子产生高频次的震动，在该部位易形成高周机械疲劳，其断裂特征为沿管子横断开裂。电镜分析管材存在内外裂纹源，符合疲劳破坏的特征。

管材可能存在的原始缺陷也是导致爆管的诱因之一。

（2）施工中可能存在的强力对口，造成管排内各管受力不均，爆破管受拉伸力较大。

（3）由于表面有轻微氧化皮，考虑到运行时间较短，不能完全排除异物阻塞造成过热的可能。内窥镜延伸检查管内无异物，不排除异物已随爆口排出。

4 处理措施

（1）对泄漏的垂帘管自变形严重处向下约9米管段进行更换，换管全部焊口射线检测合格。（2）对泄漏的垂帘管屏内两根变形出列管以及定位管进行整理归位。（3）对泄漏点附近吹扫范围内的管道进行全面测厚、胀粗排查，未见异常超标现象。（4）考虑该管为受拉断裂，对该管上部联箱接管座焊缝进行检查未见异常。

参考文献

[1] 蔡文河，严苏星.电站重要金属部件的失效及其监督[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2] 国家能源局.火电厂用12Cr1MoV钢球化评级标准：DL/T 773-2016[S].中国电力出版社，2016.

[3] 王兆民，程义.某电厂水冷壁管断裂失效分析[J].质量控制与失效分析.2017，53（10）：757-760.