330 MW循环流化床锅炉中温过热器弯管内弧裂纹分析

侯 斐

（晋控电力同达热电有限公司 山西大同037003）

1 前言

晋控电力同达热电有限公司2×330 MW燃煤发电机组锅炉采用东方锅炉股份有限公司生产的循环流化床、亚临界参数、一次中间再热、自然循环汽包炉，锅炉型号：DG1165/17.5-II 1。

晋控电力同达热电有限公司2号锅炉2014年3月投产，截止2019年9月C级检修前累计运行小时数28 000小时。

在2019年9月C级检修期间，检查发现中温过热器管从中隔墙右数第二屏出口段上数第一根90°弯管处内弧有横向裂纹，右数第一屏相同位置90°弯管内弧也发现横向裂纹。对右数第二屏出口段上数第一根管取样后做全面分析，取样包括90°弯管及弯管两侧直管段共950 mm长。

中温过热器管设计规格为φ51×8 mm，设计材质为12Cr1MoVG。

2 试验内容

2.1 宏观检验

图1 -3为取样管外观与泄漏位置示意图。取样管为L型。取样管全长段上焊接有疤钉，但部分疤钉脱落，疤钉焊接位置在管子的两侧和内弧侧；管子外弧侧有三处焊接连接部件的痕迹。

图1 第二屏出口段上数第一根取样管宏观图

图2 第一屏相同位置90°弯头内弧横向裂纹

图3 中温过热器图及裂纹部位

L型管样外壁内弧面上肉眼可见丛状裂纹，其裂纹呈周向分布，长度约为管子周长的五分之二。管子外壁有氧化层与焦垢，未见管样有其它划伤、碰磨、减薄、鼓包以及胀粗等外观缺陷。裂纹宏观形貌见图4，取样位置见图5，尺寸测量数据见表1。

图4 弯管内弧裂纹宏观形貌

图5 取样管测量及金相取样示意图

表1 取样管管径检测数据表（测量位置见图2）

2.2 金相组织分析

在取样管两端各截取一个试样(编号为F、G样)；内弧泄漏点及其对应的外弧位置各纵截面截取一个试样(编号为D、E样)，并进行金相组织观察，试样金相组织均为铁素体+珠光体，D号样球化等级为2.5级,E、F、G号样球化等级为2级，照片见图6，图7、8为微观裂纹形貌，裂纹由外壁向内壁扩展，无分支，穿晶开裂，裂纹处有较多氧化物。

图6 D、E、F、G试样金相组织珠光体＋铁素体×200

图7 D试样裂纹形貌（未腐蚀）×12.5

图8 D试样裂纹形貌（腐蚀）×100

2.3 断口微观形貌分析

利用扫描电子显微镜（SEM）对断口的微观形貌特征进行分析，在裂纹扩展区可以观察到疲劳条纹，见图9。

从电镜上观察裂纹端部圆润，沿径向分布，管子外表面较粗，内部较细，裂纹内部有氧化物填充。

图9 近外壁裂纹断口形貌

2.4 硬度试验

在金相试样表面上进行布氏硬度试验，其结果符合相关标准要求，具体数值见表2。

表2 金相试样表面上的布氏硬度值（HBW）

2.5 拉伸试验

对取样管段截取试样进行了拉伸试验，试验结果满足技术标准的要求，具体数据见表3。

表3 拉伸试验数据

2.6 化学成分分析

使用便携式定量光谱仪,对取样管及疤钉进行了材质光谱试验，疤钉牌号为1Cr18Ni9。试验结果符合相关标准要求，具体成份见表4、表5。

表4 取样管光谱试验化学成分（w%）

表5 疤钉光谱试验化学成分（w%）

3 综合分析及结论

（1）图7的D试样金相图片表明，开裂是由外壁向内壁发展的。

（2）根据中温过热器的设计结构，中温过热器进集箱水平布置于炉膛顶部，蒸汽流经中温过热器受热面后，在炉前从锅炉两侧连接管引至垂直布置于炉前中温过热器出口集箱。受热面整体结构为L型。在锅炉启停过程中，由于热胀冷缩作用，处于自由状态的第一根（最上面的一根）管的弯管内弧处，会受到较大的拉伸-压缩交变应力。图9近外壁裂纹断口形貌可以看到，裂纹的扩展符合交变应力作用的特征。

（3）根据以上各项试验结果和试验数据分析，材料成分性能均满足技术标准要求，金相组织正常，中温过热器管中隔墙右数第二屏出口段上数第一根90°弯管处内弧横向裂纹产生的原因是热疲劳应力引起的。

（4）每次检修注意检查每屏的第一根和第二管弯管内弧部位，特别是炉内中部布置的管屏。

（5）切除内弧部位的疤钉，减少由于疤钉焊接残余应力对弯管的影响。