超临界电站锅炉高温再热器爆管原因分析

周 伟，徐传标

（中广核检测技术有限公司，江苏苏州 215000）

1 基本情况

某电厂1 号锅炉由东方锅炉生产，型号为DG-1900/25.4-II2。在运行过程中，高温再热器第37-7（左起第37 屏后起第7根，缩写为37-7，以下类同）管子距顶棚约5 m 处发生泄漏，并造成第38-5 管子吹损减薄，38-6 管子吹损穿孔泄漏。该炉高温再热器出口蒸汽压力4.60 MPa，蒸汽温度569 ℃，管子材质为TP347H，规格为Ф50.8×4.5 mm。为查明爆管的原因，对37-7 和38-6 管子取样进行分析。

2 理化检验

2.1 宏观检查

图1 爆口形貌

图2 分层缺陷形貌

37-7 管子爆口的宏观形貌如图1 所示，整个爆口由两条裂缝组成，裂缝总长66.2 mm，最宽约2.24 mm，张口极小，边缘粗糙不平，无减薄，无塑性变形。爆口附近未见可见蠕变裂纹，无明显吹损减薄痕迹，内壁有黑色的氧化皮，存在一定程度的胀粗，爆口处实测最大管径为Ф53.72 mm，胀粗率为5.8%，距爆口550 mm 处，实测最大管径Ф52.84 mm，胀粗率为4.0%。而38-6 管子距爆口100 mm 处，胀粗率为1.6%。切开爆口处，可见管壁中存在分层缺陷[1]，如图2 所示。经测量该分层缺陷沿纵向延伸长约145 mm，宽12 mm，与爆口走向重合。

2.2 化学成分分析

在37-7 和38-6 管子钻屑取样进行分析，结果见表1。化学成分分析结果表明，取样管子符合TP347H 的要求，管子材料满足要求。

2.3 室温拉伸试验

在37-7 和38-6 管子距爆口100 mm 处，同侧和背侧分别取样进行室温拉伸试验。测试结果见表2，可见抗拉强度、下屈服强度和断后伸长率均符合TP347H 的要求，但37-7 管子的抗拉强度和下屈服强度明显低于38-6 管子，而两者断后伸长率无明显差异。

2.4 金相检验

对37-7 和38-6 管子取样进行金相检验分析，测点编号和分析位置如图3 所示，金相检验分析结果见表3。

3 分析与讨论

爆口的宏观特征表明，该管子存在分层缺陷，而距爆口550 mm 处管子存在轻微胀粗，虽胀粗量未达到更换的标准，但说明该管子经历低幅度的过热。

表1 化学成分分析结果（质量分数%）

表2 拉伸试验测试结果

图3 金相检验取样

图4 点1 金相组织

图5 点2 金相组织（含分层）

图6 点3 金相组织

图7 点4 金相组织

化学成分分析结果排除材料错用导致的过热，但37-7 管子和38-6 管子相比，抗拉强度、屈服强度明显下降，可以验证37-7 管子存在低幅度过热。

距爆口70 mm 分层缺陷内部发现有内壁氧化层，因形成氧化层需要水和铁相互反应，说明该分层缺陷与内壁相通，故该分层缺陷部分区域符合折叠的定义[1]。与爆口背侧管子相比，爆口处存在碳化物析出，还有大量蠕变裂纹，老化级别为5 级，内壁氧化层厚度达到0.32 mm，根据参考文献[3]，在时间一定的情况下，内壁氧化层的厚度与温度成正比，据此判断分层缺陷改变管子局部的温度场，也改变局部应力场。在高温和高应力的情况下，分层折叠缺陷处的材料蠕变老化速度大大快于管子其他部位[4]。

表3 金相分析结果

图8 点5 金相组织

图9 点6 金相组织

综上所述，管子存在分层折叠缺陷是泄漏的根本原因，但也有过热的特征，还需进一步寻找过热的原因。为寻找过热的原因，对该管子内壁进行内窥镜检查，未发现有氧化皮脱落，可排除管子内壁氧化皮脱落堆积弯头，从而降低通流面积，导致长时间过热，但存在联箱入口接管堵塞的可能。为此，建议电厂尝试先割管对再热器入口联箱进行内窥镜检查，检查发现再热器事故喷水减温器套管圆柱销脱落，堵塞爆管入口联箱接管，造成过热。

4 结论及建议

该爆管事故发生的根本原因是由于TP347H 管子存在轧制的分层折叠缺陷，该缺陷降低受力承载面积，增大了局部应力。再加上再热器事故喷水减温器套管圆柱销脱堵塞了爆管入口联箱接管，降低管子有效通流面积，导致汽水循环不良，使管子长时过热。在高温和高应力的作用下，加速分层折叠缺陷处材料的老化程度，恶化材料的力学性能，在折叠处形成萌生蠕变裂纹。随着时间的延长，裂纹不断地扩展，最终导致管壁裂穿而泄漏。

为避免此次事故的再次发生，提出如下建议：

（1）对其他事故喷水减温器套管圆柱销脱落情况进行检查，一旦发现圆柱销脱落情况发生，立即利用内窥镜检查技术，寻找可能堵塞的部位。

（2）重点监测高温再热器管子的胀粗情况，对存在胀粗的管子需寻找引起管子胀粗的原因，必要时割管检查。

（3）采购合格厂家生产的无缝钢管，做好入库前的质量检查和验收，必要时抽样进行无损检测。