电站锅炉屏式再热器管失效分析

㊀第３３卷第１期２０１９年１月P OW E R㊀E Q U I P M E N TV o l ．３３,N o ．１J a n ．２０１９㊀收稿日期:２０１７Ｇ１１Ｇ１４;㊀修回日期:２０１８Ｇ０１Ｇ２９作者简介:张伟妮(１９８４ ),女,工程师,从事火电厂金属监督工作.E Ｇm a i l :２８３７７０７５７＠q q．c o m 电站锅炉屏式再热器管失效分析张伟妮(山西大唐国际运城发电有限责任公司,山西运城０４４６０２)摘㊀要:通过宏观分析㊁厚度及焊缝几何尺寸检测㊁室温力学性能试验㊁金相组织分析等方式,对某电厂屏式再热器管进行爆管分析.结果表明:管子的材料组织严重老化和大角度变径造成应力集中是爆管的主要原因.关键词:屏式再热器;爆管;失效分析中图分类号:T K ２２５㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:１６７１Ｇ０８６X (２０１９)０１Ｇ００２１Ｇ０４F a i l u r eA n a l ys i s f o rP l a t e nR e h e a t e rT u b e s i naP o w e rP l a n t B o i l e rZ h a n g We i n i (S h a n x iD a t a n g I n t e r n a t i o n a lY u n c h e n g Po w e rG e n e r a t i o nC o ．,L t d ．,Y u n c h e n g ０４４６０２,S h a n x i P r o v i n c e ,C h i n a )A b s t r a c t :R e h e a t e rt u b eb u r s tf a i l u r e so fab o i l e r w e r es t u d i e db y m a c r o s c o p i ca n a l ys i s ,g e o m e t r i c m e a s u r e m e n to f t h i c k n e s s a n d w e l d ,r o o m Ｇt e m p e r a t u r e m e c h a n i c a l p r o p e r t y te s t a n d m i c r o s t r u c t u r e a n a l y s i s ,f o l l o w i ng whi c h ,t h e f a i l u r e sw e r e f o u n d t ob e c a u s e db y s t r e s s c o n c e n t r a t i o nd u e t o s e r i o u s a g i n g o f t h e t u b em a t e r i a l a n d l a r g e r e d u c i n g a n gl e s ．K e y w o r d s :p l a t e n r e h e a t e r ;t u b eb u r s t ;f a i l u r ea n a l ys i s ㊀㊀再热器管作为电站锅炉四管之一,具有提高热力循环的热效率,提高汽轮机排汽的干度,降低汽耗,减小蒸汽中的水分对汽轮机末几级叶片的侵蚀,进一步吸收锅炉烟气热量,降低排烟温度等作用,但再热器一旦爆管将对电厂造成重大的经济损失.因此对已经失效的再热器管用科学的方法找到失效原因,然后采取预防措施,将有利于机组的经济安全运行[１].笔者通过宏观分析㊁厚度及焊缝几何尺寸检测㊁室温力学性能试验㊁金相组织分析等方式,对某电厂屏式再热器管进行爆管原因分析,对不合理的焊接结构进行改进,并对同部位其他管件加强检查(金相检验确定管件老化等级等),达到减少或者避免再热器爆管对机组造成重大经济损失的事故出现.１㊀机组概况㊀㊀某电厂２号机组为６００MW 亚临界机组,２００６年投入运行,至今已累计运行约６万h ,锅炉屏式再热器发生泄漏,泄漏管样为屏式再热器右数第２１屏夹屏弯管和右数第９屏内１弯管,两根管样对接焊缝两侧厚度不同.为了查找开裂原因,对２号锅炉屏式再热器开裂管样进行失效分析.２㊀试验方案㊀㊀针对失效管样开展了宏观分析㊁厚度及焊缝几何尺寸检测㊁室温力学性能试验㊁显微组织分析㊁扫描电镜分析等相关项目,并根据分析结论提出相关建议.３㊀试验结果与分析３．１屏式再热器管基本概况㊀㊀查屏式再热器管相关资料及运行工况条件:该管样材质为１２C r １M o V G ,规格为d ＝６３m m ㊁δ＝７m m 和d ＝６３m m ㊁δ＝４m m ,管壁运行温度第３３卷为４５９~４６８ħ,允许管壁温度为５８０ħ,说明管样运行温度远远低于允许温度,不存在超温引起管样失效的可能.查屏式再热器管样使用前无损和理化检验抽检报告,该批次管子外观无明显划痕或其他加工缺陷,且检测结果合格.观察失效管样,也没有明显外观缺陷.该管样在锅炉受热面由管卡固定,几乎不存在振动及碰摩情况.３．２爆口宏观检查㊀㊀对１号爆管进行宏观检查,爆口开裂于薄壁管(４m m 壁厚)侧并沿焊缝热影响区发展,见图１.爆口最大宽度约３m m ,裂缝长度约４５m m ,爆口两端平整,未见明显塑性变形,爆口附近未见明显减薄.原始爆口附近为吹损减薄形成的二次纵向爆口,爆口内壁㊁外壁检查存在轻微氧化现象,见图２.管子内壁焊接接头处厚壁管与薄壁管呈锥形平缓过渡,未见过渡台阶.图１㊀１号爆管宏观形貌图２㊀１号爆管爆口宏观特征㊀㊀对２号爆管进行宏观检查,裂纹位于厚壁管(７m m 壁厚)侧㊁距离焊缝边缘约１０m m ,沿管子环向延伸发展,见图３.原始爆口最大宽度约３m m ,裂缝长度约５０m m ,爆口两端平整,未见明显塑形变形,爆口附近未见明显减薄.管子上存在吹损减薄形成的二次纵向爆口.沿管内纵向观察,焊缝旁边厚壁管子存在变径台阶,变径台阶根部附着有黄褐色腐蚀产物,爆口裂纹沿台阶根部环向发展[２],见图４.图３㊀２号爆管宏观形貌图４㊀２号爆管爆口内部特征３．３厚度及焊缝几何尺寸测量㊀㊀对１号爆管爆口附近管子进行超声波测厚,爆口附近的测厚数据分布见图５,爆口周边最小壁厚３ ８８m m ,壁厚减薄不明显,排除磨损和吹损爆管的可能.图５㊀１号爆管壁厚测量㊀㊀依据D L /T８６９ ２０１２«火力发电厂焊接技术规程»要求,工作压力小于９ ８１M P a 的锅炉受热面管子焊接接头属于Ⅱ类焊接接头,焊缝外观检查要求焊缝余高小于３m m ,但此处实际余高测量值为３ １２m m ,高于标准要求(见图６).焊缝余高过高导致焊缝处应力集中.图６㊀１号爆管焊接外观质量２２第１期张伟妮:电站锅炉屏式再热器管失效分析㊀㊀对１号爆管解剖后观察,管子内壁焊缝两侧不同厚度管子均匀对接,无变径台阶,焊接接头尺寸符合标准要求(见图７).图７㊀１号爆管焊缝宏观尺寸㊀㊀对２号爆管爆口附近进行超声波测厚,发现爆口附近的壁厚减薄不明显,排除磨损和吹损爆管的可能.检查焊接外观质量符合要求.对２号管子解剖后观察,焊接接头变径台阶角度为４５ʎ,见图８.图８㊀２号爆管焊接接头对口形貌㊀㊀D L /T８６９ ２０１２要求:焊件对口时,外壁(或表面)尺寸不相等而内壁(或根部)齐平时,应当依据图９所示对口处理方法进行焊接.图９中变径台阶角度为１５ʎ,保证了变径处平缓过渡,减小了此处应力集中.由此可见,该２号爆管焊接接头对口尺寸不合格.４５ʎ变径台阶,既造成了此处应力集中,也使台阶根部易沉积腐蚀产物.图９㊀对口尺寸要求３．４室温力学性能试验㊀㊀对１号㊁２号管样分别选取两处直管段部位制取原厚度力学性能试样进行室温力学性能试验,结果显示:屈服强度㊁抗拉强度及断后伸长率三项力学性能指标均符合G B５３１０２００８«高压锅炉用无缝钢管»要求.试验数据见表１.表１㊀室温力学性能试验数据项目㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀１号爆管㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２号爆管㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀７m m 壁厚４m m 壁厚７m m 壁厚４m m 壁厚标准要求屈服强度/M P a ３８０３６６３６３３７４３２９３４３３８０４１８ȡ２５５抗拉强度/M P a ５３６５２７５１１４９１４９３５０９５０７５３４４７０~６４０断后伸长率/％２７．５３１．５３３．５３２．５２７．５２７．０２９．５２７．０ȡ２１３．５显微组织分析㊀㊀对１号㊁２号爆管管样分别选取爆口边缘㊁焊缝和两侧母材于金相显微镜下进行显微组织观察.３．５．１１号爆管７m m 壁厚管子母材及焊缝热影响区金相组织均为铁素体＋碳化物,铁素体晶界㊁晶内弥散分布着碳化物,管子母材晶粒大小基本均匀,晶粒度５~６级,珠光体已全部分解,珠光体球化４级,组织完全球化,见图１０㊁图１１.图１０㊀１号爆管７m m 壁厚管子母材金相组织㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图１１㊀１号爆管７m m 壁厚管子侧焊缝热影响区金相组织３２第３３卷㊀㊀４m m 壁厚管子母材金相组织为铁素体＋珠光体,晶粒大小均匀,晶粒度约６级,珠光体形态清晰,珠光体球化２~３级,金相组织未见异常,见图１２.１号管样焊缝金相组织为铁素体＋贝氏体,金相组织未见异常,见图１３.图１２㊀１号爆管４m m壁厚管子母材显微组织图１３㊀１号爆管管样焊缝显微组织３．５．２２号爆管７m m 壁厚管子母材金相组织为铁素体＋珠光体,珠光体呈聚集形态,形态完整㊁清晰,晶粒大小基本均匀,晶粒度５~６级,珠光体球化约２级,金相组织未见异常,见图１４㊁图１５.图１４㊀２号爆管７m m壁厚管子母材金相组织图１５㊀２号爆管７m m 壁厚管子裂纹处金相组织㊀㊀４m m 壁厚管子母材金相组织为铁素体＋珠光体,晶粒大小基本均匀,晶粒度７~８级,珠光体球化约２级,金相组织未见异常,见图１６.２号管样焊缝金相组织为铁素体＋贝氏体,金相组织未见异常,见图１７.图１６㊀２号爆管４m m壁厚管子母材金相组织图１７㊀２号爆管管样焊缝金相组织４㊀结语㊀㊀通过以上分析得出以下两点结论:(１)焊缝和母材组织严重老化及焊缝尺寸不合格为爆管的主要原因.(２)大角度变径造成应力集中,使台阶根部易沉积腐蚀产物,应力集中区在内应力和残余应力等综合应力的作用下率先开裂,腐蚀产物加速裂纹扩展,最终导致此处泄漏爆管.参考文献:[１]孙明成,李宏强,张艳红,等．热电厂锅炉屏式再热器管开裂原因分析[J ]．理化检验(物理分册),２０１４,５０(３):２１９Ｇ２２２．[２]娄杰云．T ９１/P ９１钢的性能分析及焊接工艺[J ]．华电技术,２０１０,３２(４):３５Ｇ３８,７９．４２。