国华盘电炉过热器爆管分析及处理

1、国华盘电公司#1炉高温过热器 爆管分析报告,一、设备概况 二、高温过热器爆管经过及处理 三、爆管原因分析 四、分析结论及后续措置,一、设备概况： 1、天津国华盘山发电有限责任公司安装有两台俄制-1650-25-545KT（-76）型直流超临界锅炉，单机容量500MW（已增容为530MW）。1995年12月和1996年6月相继投产运营。锅炉为单炉体结构，“T”型布置，炉膛两侧布置两个对流竖井和锅炉两侧水平烟道相连。炉膛为矩形，尺寸为23.0813.864m，整体受热面悬挂在标高为86.5m的钢结构上，锅炉为对冲式旋流燃烧。锅炉水冷壁为垂直往复上升布置，水冷壁管材质为12Cr1MoV，规格为32*6mm。锅炉燃烧室上部和水平烟道内，沿烟气流程分别布置了、级屏式过热器，高温段再热器，高温段对流过热器。锅炉对流竖井烟道内，沿烟气流程布置了由省煤器悬吊蛇形管固定的低温再热器和省煤器受热面管束。 级屏过材质为12Cr1MoV ， 级屏过、级屏过、高温过热器、高温再热器材质为12Cr18Ni12Ti，过热器管规格为 32*6mm 。锅炉原设计为山西晋北烟煤，后改烧神华煤及掺烧准格尔煤。,锅炉水平烟道

2、受热面布置图,二、高温过热器爆管经过及处理：,1、事件经过：2015年3月8日10：19运行值班员发现#1锅炉四管泄漏报警，就地锅炉57米有泄漏声。向调度申请停备、检查，18:58调度令#1机组停备。停机后检查发现泄漏点为乙侧距炉顶1米处高温过热器第58排第6根泄漏，实地检查爆口边缘不规则、无明显减薄，爆口附近无明显涨粗。,二、高温过热器爆管经过及处理：,2、处理情况： 1）将爆口及相邻高温过热器管取样送中国特检院的金相检验。 2）对屏3、高过、高再的全部下弯头进行了氧化皮检测，未见氧化皮堆积的现象。 3）对爆管所在联箱内部进行了内窥镜检查，内部清洁，无异物。 4）对过热器及再热器蒸汽吹灰及飞灰吹损减薄情况进行了检查，未见吹损减薄的情况。 5）查阅历史记录，高温过热器出口壁温测点无超温和温度升高现象。,三、爆管原因分析：,1、设备检修及运行情况： 1）过热器壁温记录、超压记录等，均未发现超温、超压情况。 2）该锅炉的受热面设备检修台帐，发生爆管的高温过热器没有进行过修理改造及变更。 3）高温过热器管发生过防磨瓦翻转脱落或移位，已进行防磨瓦更换处理，其他无异常。 4）进行过氧化皮检测，未

3、发现氧化皮大面积脱落和沉积现象。 5）检查未发现因蒸汽吹灰或飞灰磨损问题。,三、爆管原因分析：,2、爆口宏观检查情况： 1）为高温过热器原始首爆口（管排58-6）的宏观形貌，爆口长约24cm，宽约2.5cm； 2）除爆口部位外，整个管子无明显胀粗及变形； 3）爆口张开不大，呈喇叭状； 4）爆口边缘无明显减薄现象，断裂面较粗糙； 5）管子内外表面无明显肉眼可见的氧化皮及腐蚀产物； 6）在爆口外表面可见与轴向平行的裂纹，裂纹较细并呈线状（轴向）分布，管子内壁未发现肉眼可见裂纹。,轴向裂纹,三、爆管原因分析：,3、化学成分分析： 1）对新管样管、服役至2007年的样管、此次爆口样管、爆口附近样管以及远离爆口的样管进行化学成分分析。(见表1) 2）从化学成分分析结果可见，新管样管、服役至2007年管样、此次失效的爆口样管、爆口附件样管以及远离爆口的样管的化学成分均符合GOST 5945-1975标准中121812的化学成分要求。,三、爆管原因分析：,表1:样管化学成分测试结果,三、爆管原因分析：,4、力学性能测试： 1）对此次失效的爆口样管、爆口附近样管以及远离爆口的样管进行力学性能测试，试验

4、结果见表2。 2、从表2可以看出，所有样管向火侧和背火侧的力学性能相近，并且力学性能均符合GOST 5945-1975标准中121812的力学性能要求。但爆口管样的断后伸长率率较低，为42%，接近使用标准值下限。,三、爆管原因分析：,表2 ：力学性能测试结果,三、爆管原因分析：,5、微观组织分析 ： 1）对新管样管、服役至2007年的样管、此次爆口样管、爆口附近样管以及远离爆口的样管进行微观组织检查与分析，结果如下： （1）新管样管的微观组织为奥氏体和晶内孪晶，晶界和晶内弥散分布少量细小第二相，晶粒度等级为4.5级。,三、爆管原因分析：,5、微观组织分析 ： （2）服役到2007年样管的微观组织为奥氏体，晶界及晶内弥散分布一些第二相，晶界第二相尺寸略大，晶粒度等级为4级，如下图所示。,三、爆管原因分析：,5、微观组织分析 ： （3）本次爆管附近样管以及远离爆口的样管微观组织为奥氏体，晶内弥散分布一些第二相，晶界第二相尺寸较大，部分晶界第二相已成链状，晶界粗化，如下图所示。,三、爆管原因分析：,5、微观组织分析 ： （4）本次爆口管，在爆口位置及距离爆口500mm处的微观组织相同，如下图

5、所示，金相组织为奥氏体和大量晶内孪晶，晶内及晶界分布较粗大的第二相，组织与其他管样差别较大。,三、爆管原因分析：,6、裂纹及断口形貌分析 ： 1）对此次失效的爆口样管的裂纹及断口形貌进行分析，结果如下： 2）爆口的爆口边缘存在大量裂纹，裂纹从外壁向内壁扩展，裂纹底部呈现尖锐裂纹扩展，如图7所示。图8为扫描电镜下观察到的断口形貌图，裂纹扩展形式主要为沿晶扩展，在断口上存在氧化腐蚀产物。,断口附近外壁裂纹 断口形貌特征,三、爆管原因分析：,7、物相分析 从微观组织分析结果可以看出，服役至2007年、服役至2013年、本次爆口、远离爆口管的样管晶界、晶内均存在析出的第二相（碳化物和相）。对析出第二相进行物相组成、含量和结构分析，结果见表3和下图裂纹及断口形貌分析 ： 表3 钢中第二相定量分析结果（各项占析出相总量的百分数%）,三、爆管原因分析：,7、物相分析 1）服役到2007年样品第二相主要为TiC（56.26%），M23C6（39.70%）、以及少量的相（4.03%），M23C6、TiC和相的形貌见下图，晶界处分布着条状M23C6，TiC弥散分布在基体内，在晶内发现少量块状相，相尺寸为5

6、00nm左右。,(a)晶界处条状M23C6,(b)弥散分布在基体内的TiC,三、爆管原因分析：,7、物相分析 1）图11为事故发生时原始爆管样品的第二相和电子衍射图，本次爆口管样第二相主要为主要为TiC（14.65%）、M23C6（23.88%）和相，相含量达到了64.29%，并且相在晶界处呈链状分布，尺寸粗大达到6m，晶内块状相的尺寸也达到微米级别。,晶内块状相,晶界处链状相,三、爆管原因分析：,8、原因分析： 1） 通过查阅锅炉设计制造、安装调试等资料，未发现异常情况。查阅高温过热器运行相关资料，未发现高温过热器超温、超压情况。此高温过热器也未进行过修理改造及更换；所有样管的化学成分均合格，力学性能符合标准要求，但此次失效的原始爆口样管的断后伸长率较低，接近使用标准下限。 2） 由微观组织观察结果可知，原始首爆口样管的金相组织为奥氏体和大量晶内孪晶，晶内及晶界分布较粗大的第二相；物相分析结果表明，原始爆口管晶内、晶界析出第二相（如M23C6相、相等），与其他样管相比，原始爆口样管中析出的相含量最多(达到了64.29%)，相的尺寸也达到了6m，并且在晶界处呈链状分布。,三、爆管原因分析：,8、原因分析： 3）奥氏体不锈钢锅炉管长期高温服役后，晶界附近的合金元素扩散速度快，在晶界处析出第二相，随着析出第二相（如M23C6相、相等）的增多，对基体变形的阻碍不断增强（不论是晶内滑移还是晶界滑移），第二相的析出阻碍了晶内和晶界的变形，使得锅炉管的塑韧性指标下降。若析出相尺寸越大，且在晶界上呈连续片状或者在晶内呈针状分布都会对不锈钢的塑性和韧性造成严重影响。此次失效发生时的原始首爆口样管析出相数量最多，且尺寸较大，并且析出相在晶界上呈连续链状分布，相性硬而脆，弱化了晶界，进而造成微观损伤，最终导致爆管。较大尺寸的相聚集在晶界是材料进入高温蠕变老化后期的明显标志。,

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