亞臨界鍋爐分隔屏過熱器泄漏原因分析

2023年12月27日發(作者：領證祝福語)

機電工程技術第50卷

第01

期

MECHANICAL

&

ELECTRICAL

ENGINEERING

TECHNOLOGY

Vol.50

No.01DOI:

10. 3969/j.

issn.

1009-9492.

2021.

01.

050曲同良，武芯羽.亞臨界鍋爐分隔屏過熱器泄漏原因分析[J].機電工程技術，2021，50

(01)：

174-176.亞臨界鍋爐分隔屏過熱器泄漏原因分析曲同良1，武芯羽2(1.華電青島發電有限公司，山東青島

266000;

2.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇蘇州

215004)摘要：某300

MW機組的分隔屏過熱器管與定位塊連接處在長時間運行條件下發生泄漏。對泄漏管段進行了宏觀形貌觀察、成分分析、力學性能測

試及金相組織觀察。分析結果表明，各管段理化性能均符合標準要求，該過熱器管泄漏的原因為由于焊接部位存在應力集中，在循環載荷的影響

下產生疲勞裂紋，最終引起管道開裂。關鍵詞：分隔屏過熱器；泄漏；原因分析中圖分類號：TM621.2

文獻標志碼：A

文章編號：1009-9492(2021)01

-0174-03Cau

Analysis

of

Super-heater

Tubes

Leakage

for

a

Subcritical

Power

Plant

BoilerQu

Tongliang1,

Wu

Xinyu2(1.

Huadian

Qingdao

Power

Generation

Co.,

Ltd.,

Qingdao,

Shandong 266000,

China;2.

Suzhou

Nuclear Power

Rearch

Institute Co.,

Ltd.,

Suzhou,

Jiangsu

215004,

China)Abstract:

Leakage

occurred

at

the

junction

between

the

partition

screen

superheater

tube

and

the

positioning

block

of

a

300

MW

unit

under

long-term

operating

conditions.

Macroscopic

morphology

obrvation,

composition

analysis,

mechanical

property

test,

and

metallographic

structure

obrvation

were

performed

on

the

leaking

pipe

ctions.

The

test

results

show

that

the

physical

and chemical

properties of

each

pipe

ction meet the

standard

requirements.

The

reason

for

the

leakage

of

the

super-heater

pipe

is

that

due

to

the

stress

concentration

in

the

welding

part,

fatigue cracks

occur

under

the

influence

of

cyclic

load,

which

eventually

coud

the

pipes'

words:

partition

screen

super-heater; leakage;

cau

analysis0引言某電廠3號機組為300

MW發電機組，鍋爐為某

管材質為TP347H

（規格?

51

mmx7.5

mm）。定位管

由材質為ZGCr20Nil4Si2的三角形定位塊焊接固

定，厚度為8mmo2019年11月，機組在負荷為197

MW條件下運

鍋爐廠設計制造的SG-1025/17.47-M878亞臨界壓力

控制循環汽包爐，單爐膛n型露天布置，全鋼架懸吊

結構，四角切圓，固態排渣，于2005年12月投運。

其分隔屏過熱器管位于爐膛前上方，入口段材質為

行時，分隔屏過熱器管發生泄漏，機組解列后，現

場對泄漏位置進行檢查并發現，分隔屏過熱器管存

12Cr1MoV和

15CrMo,出口段材質為SA213-T91,規

格為“

51mmx6mm。負責橫向定位的蒸汽冷卻定位在多處漏點。如圖1所示。為保障機組安全運行，對

泄漏管段進行割管取樣，并對泄漏原因進行分析。1試驗過程1.1宏觀檢查如圖2所示，取樣管段共4根，包括2根材質為（a）取樣管段宏觀形貌

（b）

3-A漏點宏觀形貌圖1泄漏管段現場情況收稿日期：2020-07-15圖2泄漏管段與漏點宏觀形貌

-

曲同良，等：亞臨界鍋爐分隔屏過熱器泄漏原因分析表1失效管段化學成分質量分數化學成分/wt%C試樣編號SiMn1.441.54PSCr17.81Ni10.89NbMoV---0.200.201#0.0590.530.590.0220.028<0.0100.760.798C~1.10---2#0.0600.04~0.100.110.11<0.010W0.01518.3217.00~19.000.970.9810.959.00~13.00GB/T

5310-201707Cr18Ni11Nb3#4#W0.750.250.25W2.000.52W 0.0300.0110.012<0.010<0.010W0.010------0.270.270.25~0.350.530.40~0.70GB/T5310-201712Cr1MoVG0.08~0.150.17~0.37W

0.0250.90~1.200.15~0.3012Cr1MoV的過熱器管和相鄰的2根蒸汽冷卻定位

管。部分管段表面有大量輕微的凹坑；除3#管上的

其中一處漏點之外，其余漏點均呈明顯的吹損減薄

特征。3#管段內壁光滑，未見腐蝕、凹坑、劃痕等

缺陷，且無氧化皮脫落痕跡。漏點3-A位于定位塊

焊縫下邊緣處沿環向開裂，周圍沒有發生明顯的塑

性變形，該處裂紋長約10

mm。定位塊兩側縱向焊縫

均已吹損減薄，未發現裂紋。由此判斷，本次事故的泄漏順序為3#管的漏點A

首先發生泄漏，隨后吹損到附近管段，蒸汽在多個

管段間反吹后，產生多個泄漏點。同時，煙氣中攜

Dlgflal

Mtcroscopy

Imaging帶的顆粒導致附近管道外表面產生凹坑。1.2化學成分分析表1所示為取樣管段化學成分分析結果。管段取

樣的化學成分均滿足GB/T

5310-2017《高壓鍋爐用

無縫鋼管》對相應鋼種的要求。1.3力學性能分析表2所示為取樣管段取樣力學性能測試結果。室

溫拉伸試驗采用弧形拉伸試樣；布氏硬度試驗在金

相檢驗面上進行。各管段的室溫拉伸性能和硬度值

均滿足相關標準要求。表2失效管段力學性能拉伸性能編號硬度Digital

Microscopy Imaging

測試位置Rm/MPa1#2#Rp0.2

/MPa247246A

/%51.556.0335硬度值/HBW630橫截面-152/154/155/58/156/161/156140~192KCntGB/T5310-201707Cr18Ni11Nb3#322032.530.03

21橫截面-155/163/160/155152/151/157/158125~1804#GB/T5310-201712Cr1MoVG470~64032551.4斷口分析對首斷口取樣進行掃描電鏡微觀觀察，微觀形

貌如圖3所示。斷口宏觀上較為平齊，沒有明顯的塑oooio4.00Energy-kev圖3首斷口微觀形貌及表面元素分析結果

-

2021年01月機電工程技術第50卷第01期性變形，近外表面側可見明顯的弧線狀擴展特征，

擴展區占斷口總面積的2/3o斷口表面氧化嚴重，微

裂紋擴展區面積較大，可見疲勞弧線特征，瞬斷區

較小，表明首斷口的斷裂類型為疲勞斷裂［7］o首斷口

觀上難以觀察到其原始特征。斷面氧化產物中含有

的裂紋源位于過熱器管與定位塊的焊趾處，該部位應

少量的Al、Si、P、S、K、Ca等元素。1.5顯微組織檢驗圖4所示為各取樣管取樣的金相檢驗照片。1#、

力集中程度較高，且可能存在一定的焊接殘余應力［8］o

綜上所述，管道與定位塊兩端部焊趾處為應力

集中位置，局部應力相對較高，是裂紋產生的敏感

部位。在長時間運行過程中，由于管道溫度波動、

汽水振動及結構應力等循環載荷應力的作用下［9］,導

2#管的顯微組織均為奧氏體；3#、4#管的顯微組織

均為鐵素體+珠光體，珠光體球化級別為3級。管段

金相組織均未見明顯異常，內壁均未發現微裂紋。

致該位置產生了疲勞裂紋的萌生和擴展，最終貫穿

3#管段取樣的內壁氧化皮厚度約為34

^m。(c)

2#試樣1(d)

2#試樣2

(e)

3#試樣1(f)

3#試樣2(g)

4#試樣1

(h)

4#試樣2圖4失效管段金相照片2試驗結果對各泄漏管段的宏觀檢查發現，首斷口附近無明

顯塑性變形，管徑未發生漲粗，不具備短時過熱或長

時過熱特征［1-2］o盡管屏式過熱器受爐膛火焰直接輻

射，熱負荷比較高［3］，但調閱停機前分隔屏過熱器壁

溫運行曲線，顯示管壁測點溫度范圍為420~466

C,

低于壁溫報警值486

C,未發生管壁超溫情況。根據各項理化檢驗結果可知，取樣管段的化學

成分、拉伸性能及布氏硬度均符合標準要求，顯微

組織無明顯異常，且未見明顯的腐蝕特征，由此表

明取樣管的開裂失效與材質不合格、材質老化［4］及腐

蝕問題無關。若內壁氧化皮質地疏松、產生微裂

紋，在鍋爐運行過程中容易被高溫蒸汽沖刷脫落［5］,

造成堵管超溫而引起爆管，但金相檢驗結果表明各

管段內壁氧化皮與基體結合緊密，厚度較薄，且首爆

口所在3#試樣的珠光體球化級別為3級，進一步說明

管段失效與氧化皮脫落問題及顯微組織老化無關［6］。

將主裂紋打開后進行斷口觀察發現，裂紋是由外壁側啟裂向內壁側擴展，斷口表面已明顯氧化。管壁而發生泄漏。3

結束語泄漏管段焊趾處的應力集中程度較高，在鍋爐

運行過程中，管段溫度波動、汽水振動及結構應力

等循環載荷應力令該部位產生了疲勞裂紋的萌生與

擴展，因此母管與固定塊端部焊接位置優先開裂，

最終引起管道破裂，之后溢出的高壓蒸汽夾帶飛灰

對其余管段造成了吹損并破裂。建議嚴格控制鍋爐啟停速率，降低管段溫度波

動等引起的管段熱應力過高；提高母管與固定塊焊

接的外觀質量，避免出現咬邊、焊瘤、未熔合等可

能引起應力集中的宏觀焊接缺陷，并圓滑過渡，降

低母管與固定塊端部焊縫應力集中程度；對具有相

同結構的焊縫擴大檢查，對存在焊接外觀成形不良

及發現裂紋的管段及早修復處理。參考文獻：［1］

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:18-21.第一作者簡介：曲同良(1963-),男，山東青島人，碩士,

高級工程師，研究領域為鍋爐、金屬技術監督管理。(編輯：刁少華)

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