亚临界锅炉分隔屏过热器泄漏原因分析

2023年12月27日发(作者：领证祝福语)

机电工程技术第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.亚临界锅炉分隔屏过热器泄漏原因分析[J].机电工程技术，2021，50

(01)：

174-176.亚临界锅炉分隔屏过热器泄漏原因分析曲同良1，武芯羽2(1.华电青岛发电有限公司，山东青岛

266000;

2.苏州热工研究院有限公司，江苏苏州

215004)摘要：某300

MW机组的分隔屏过热器管与定位块连接处在长时间运行条件下发生泄漏。对泄漏管段进行了宏观形貌观察、成分分析、力学性能测

试及金相组织观察。分析结果表明，各管段理化性能均符合标准要求，该过热器管泄漏的原因为由于焊接部位存在应力集中，在循环载荷的影响

下产生疲劳裂纹，最终引起管道开裂。关键词：分隔屏过热器；泄漏；原因分析中图分类号：TM621.2

文献标志码：A

文章编号：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引言某电厂3号机组为300

MW发电机组，锅炉为某

管材质为TP347H

（规格©

51

mmx7.5

mm）。定位管

由材质为ZGCr20Nil4Si2的三角形定位块焊接固

定，厚度为8mmo2019年11月，机组在负荷为197

MW条件下运

锅炉厂设计制造的SG-1025/17.47-M878亚临界压力

控制循环汽包炉，单炉膛n型露天布置，全钢架悬吊

结构，四角切圆，固态排渣，于2005年12月投运。

其分隔屏过热器管位于炉膛前上方，入口段材质为

行时，分隔屏过热器管发生泄漏，机组解列后，现

场对泄漏位置进行检查并发现，分隔屏过热器管存

12Cr1MoV和

15CrMo,出口段材质为SA213-T91,规

格为“

51mmx6mm。负责横向定位的蒸汽冷却定位在多处漏点。如图1所示。为保障机组安全运行，对

泄漏管段进行割管取样，并对泄漏原因进行分析。1试验过程1.1宏观检查如图2所示，取样管段共4根，包括2根材质为（a）取样管段宏观形貌

（b）

3-A漏点宏观形貌图1泄漏管段现场情况收稿日期：2020-07-15图2泄漏管段与漏点宏观形貌

-

曲同良，等：亚临界锅炉分隔屏过热器泄漏原因分析表1失效管段化学成分质量分数化学成分/wt%C试样编号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的过热器管和相邻的2根蒸汽冷却定位

管。部分管段表面有大量轻微的凹坑；除3#管上的

其中一处漏点之外，其余漏点均呈明显的吹损减薄

特征。3#管段内壁光滑，未见腐蚀、凹坑、划痕等

缺陷，且无氧化皮脱落痕迹。漏点3-A位于定位块

焊缝下边缘处沿环向开裂，周围没有发生明显的塑

性变形，该处裂纹长约10

mm。定位块两侧纵向焊缝

均已吹损减薄，未发现裂纹。由此判断，本次事故的泄漏顺序为3#管的漏点A

首先发生泄漏，随后吹损到附近管段，蒸汽在多个

管段间反吹后，产生多个泄漏点。同时，烟气中携

Dlgflal

Mtcroscopy

Imaging带的颗粒导致附近管道外表面产生凹坑。1.2化学成分分析表1所示为取样管段化学成分分析结果。管段取

样的化学成分均满足GB/T

5310-2017《高压锅炉用

无缝钢管》对相应钢种的要求。1.3力学性能分析表2所示为取样管段取样力学性能测试结果。室

温拉伸试验采用弧形拉伸试样；布氏硬度试验在金

相检验面上进行。各管段的室温拉伸性能和硬度值

均满足相关标准要求。表2失效管段力学性能拉伸性能编号硬度Digital

Microscopy Imaging

测试位置Rm/MPa1#2#Rp0.2

/MPa247246A

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

21横截面-155/163/160/155152/151/157/158125~1804#GB/T5310-201712Cr1MoVG470~64032551.4断口分析对首断口取样进行扫描电镜微观观察，微观形

貌如图3所示。断口宏观上较为平齐，没有明显的塑oooio4.00Energy-kev图3首断口微观形貌及表面元素分析结果

-

2021年01月机电工程技术第50卷第01期性变形，近外表面侧可见明显的弧线状扩展特征，

扩展区占断口总面积的2/3o断口表面氧化严重，微

裂纹扩展区面积较大，可见疲劳弧线特征，瞬断区

较小，表明首断口的断裂类型为疲劳断裂［7］o首断口

观上难以观察到其原始特征。断面氧化产物中含有

的裂纹源位于过热器管与定位块的焊趾处，该部位应

少量的Al、Si、P、S、K、Ca等元素。1.5显微组织检验图4所示为各取样管取样的金相检验照片。1#、

力集中程度较高，且可能存在一定的焊接残余应力［8］o

综上所述，管道与定位块两端部焊趾处为应力

集中位置，局部应力相对较高，是裂纹产生的敏感

部位。在长时间运行过程中，由于管道温度波动、

汽水振动及结构应力等循环载荷应力的作用下［9］,导

2#管的显微组织均为奥氏体；3#、4#管的显微组织

均为铁素体+珠光体，珠光体球化级别为3级。管段

金相组织均未见明显异常，内壁均未发现微裂纹。

致该位置产生了疲劳裂纹的萌生和扩展，最终贯穿

3#管段取样的内壁氧化皮厚度约为34

^m。(c)

2#试样1(d)

2#试样2

(e)

3#试样1(f)

3#试样2(g)

4#试样1

(h)

4#试样2图4失效管段金相照片2试验结果对各泄漏管段的宏观检查发现，首断口附近无明

显塑性变形，管径未发生涨粗，不具备短时过热或长

时过热特征［1-2］o尽管屏式过热器受炉膛火焰直接辐

射，热负荷比较高［3］，但调阅停机前分隔屏过热器壁

温运行曲线，显示管壁测点温度范围为420~466

C,

低于壁温报警值486

C,未发生管壁超温情况。根据各项理化检验结果可知，取样管段的化学

成分、拉伸性能及布氏硬度均符合标准要求，显微

组织无明显异常，且未见明显的腐蚀特征，由此表

明取样管的开裂失效与材质不合格、材质老化［4］及腐

蚀问题无关。若内壁氧化皮质地疏松、产生微裂

纹，在锅炉运行过程中容易被高温蒸汽冲刷脱落［5］,

造成堵管超温而引起爆管，但金相检验结果表明各

管段内壁氧化皮与基体结合紧密，厚度较薄，且首爆

口所在3#试样的珠光体球化级别为3级，进一步说明

管段失效与氧化皮脱落问题及显微组织老化无关［6］。

将主裂纹打开后进行断口观察发现，裂纹是由外壁侧启裂向内壁侧扩展，断口表面已明显氧化。管壁而发生泄漏。3

结束语泄漏管段焊趾处的应力集中程度较高，在锅炉

运行过程中，管段温度波动、汽水振动及结构应力

等循环载荷应力令该部位产生了疲劳裂纹的萌生与

扩展，因此母管与固定块端部焊接位置优先开裂，

最终引起管道破裂，之后溢出的高压蒸汽夹带飞灰

对其余管段造成了吹损并破裂。建议严格控制锅炉启停速率，降低管段温度波

动等引起的管段热应力过高；提高母管与固定块焊

接的外观质量，避免出现咬边、焊瘤、未熔合等可

能引起应力集中的宏观焊接缺陷，并圆滑过渡，降

低母管与固定块端部焊缝应力集中程度；对具有相

同结构的焊缝扩大检查，对存在焊接外观成形不良

及发现裂纹的管段及早修复处理。参考文献：［1］

何军,张健,何天磊.超临界锅炉末级过热器爆管原因分析［J］.

中国设备工程,2017(15):

71-72.［2］

郑坊平，庄文斌，刘佳伟,等.超超临界锅炉过热器Super304H

管爆管原因分析［J］.热加工工艺,2015(24):240-243.［3］

李彦林.锅炉热管失效分析及预防［M］.北京:中国电力出版

社，2006.［4］

郑相锋，王庆，牛晓光，等.某电站锅炉过热器管老化状态评估

［C］//火电厂金属材料与焊接技术交流会.2013.［5］

董登超，张珂，洪慧敏，等.某电厂锅炉用12Cr1MoVG钢过热器

管爆管的原因［J］.机械工程材料,2016,

040(007):114-118.⑹李文波,刘兰兰，王军，等.12Cr1MoV长时超温爆管分析［J］.矿

冶工程，2016(5):119-122.［7］

李友胜.应力控制下06Cr19Ni10钢低周疲劳断裂特性的研究

［J］.热加工工艺,2017(16):80-87.［8］

王若林，高巍，叶肖伟，等.焊接结构疲劳破坏的若干问题［J］.武

汉大学学报(工学版),2013,

46(2):194-198.［9］

何永祥.工业锅炉低周疲劳隐患分析及检验［J］.中国特种设备

安全,2010(3)

:18-21.第一作者简介：曲同良(1963-),男，山东青岛人，硕士,

高级工程师，研究领域为锅炉、金属技术监督管理。(编辑：刁少华)

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