超临界直流锅炉高温过热器泄漏原因分析

朱道华，卢宾文

(安徽华电宿州发电有限公司，安徽 宿州 234101)

0 概述

某DG1900/25.4-Ⅱ2型锅炉为单炉膛、∏型布置、平衡通风、一次中间再热、前后墙对冲燃烧、固态排渣、尾部双烟道、全钢架、全悬吊结构Π型复合变压运行本生直流锅炉，由东方锅炉(集团)股份有限公司与日本巴布科克-日立锅炉有限公司合作设计、联合制造。锅炉最大连续蒸发量为1 913 t/h，过热器出口蒸汽压力25.4 MPa，过热器出口蒸汽温度571 ℃。

1 事件经过

2017-08-18，运行人员统计锅炉日补水量，发现补水明显增加约50 t。对锅炉受热面进行全面检查，发现炉左后屏过热器和高温过热器之间区域的水冷壁有异音。锅炉右视图如图1所示。

8月19日停运机组，焖炉24 h后启动A引风机对炉膛进行冷却。8月21日打开人孔门观察，初步判断高过炉自左向右数第5，6排过热器管排部分管道泄漏。8月22日搭设脚手架进行检修，25日泄漏及减薄管道更换完成，机组恢复备用。

2 检查情况

2.1 外观检查及测试

进入炉膛内部进行宏观检查，发现高温过热器入口管道左数第5排4根管道泄漏(炉前外圈向内数第4，8，9，10根)，泄漏部位吹损减薄痕迹明显，该排周围其他4根管道存在不同程度减薄；第6排入口管道炉前向炉后数第8，9根管道泄漏，第9根管道存在裂纹(裂纹上下存在约0.5 mm压痕)，且存在胀粗现象，判定其为第1泄漏点。该部位泄漏后冲刷周围管道，导致其他管道减薄泄漏。

对第5，6排泄漏管道对应高过出口管道进行蠕胀测量，未发现异常；对泄漏点周围管道进行厚度测量，未发现其他管排存在减薄。检查发现第5排炉前第4，8，9根管道底部弯头存在轻微扭转变形，需要更换弯头。因奥氏体不锈钢管道弯管变形后会导致机械性能恶化，需将弯管进行固溶处理，降低硬度。实测弯制的弯头布氏硬度值在168—175 HB之间(符合TP347H的硬度参考值140—192 HB)，检验合格。

对第5，6排管道泄漏点底部弯头及其周围高过弯头进行氧化皮检查，发现弯头底部有氧化皮轻微堆积。经射线探伤确认，堵管面积约10 %，未达到节流隐患标准，排除因氧化皮堆积造成过热爆管的可能。

使用内窥镜对高温过热器入口联箱内部进行检查，联箱内部清洁度良好；对左数第6排炉前数第8，9根节流孔进行检查，排除因联箱异物堵管造成爆管的可能。

对左数第6排炉前数第9根爆管切开进行宏观检查，发现送检高温过热器管表面有胀粗，泄漏处有2个长约5 cm的裂纹(见图2)。

图1 锅炉右视图

图2 左数第6排炉前数第9根泄漏部位横截面

2.2 送样爆管金相检验

在送检高温过热器管泄漏部位的横截面截取金相试样，样品经粗磨、细磨和抛光后，采用4 %硝酸酒精溶液进行腐蚀，在Carl Zeiss Axio Obsever 倒置式研究级金相显微镜上观察试样金相组织。

图3为高温过热器管的泄漏部位横截面1号样金相显微组织照片，由图3中(a)、(b)可以看出高温过热器管泄漏部位管段分层已经变形，宽度达到2 mm，分层边缘部位尖锐并且向内外壁方向延伸；由图3中(c)中可以看出，过热器管金相组织为单相奥氏体，组织良好，无明显老化痕迹。

用HBE-3000A电子布氏硬度计在金相观察面上进行布氏硬度检验，结果为168 HB，硬度达到标准要求。

2.3 弯头理化检验

2.3.1 室温拉伸试验

在下弯头直段母材上按标准GB/T 228.1—2010要求截取拉伸试样，在UTM5105型电子万能试验机上进行室温拉伸试验，试验结果符合标准要求(见表1)。

图3 爆管高温过热器管金相组织放大照片

2.3.2 金相检验

在下弯头外弧面切取金相试样，试样经磨制抛光后，用FeCl3盐酸溶液腐蚀，将腐蚀好的试样在Carl Zeiss Axio Observer A1m型金相显微镜下观察试样的金相组织。

表1 室温拉伸试验结果

图4为试样的金相组织照片。从图4中可见，管内壁有少量氧化皮，管外壁有宽约0.3 mm的形变层，存在形变马氏体或马氏体切变形态；基本金相组织为奥氏体组织，晶内有较多稍粗化的第2相，晶界上有较多明显粗化的第2相，一些呈链状分布，老化4级，晶粒不均匀，晶粒度4—7级。

2.3.3 硬度检验

利用BH3000型台式布氏硬度计，187.5 kgf(1 kgf=9.8 N)载荷，10 s加载时间，在金相试样表面进行布氏硬度检验，测得下弯头外弧面组织布氏硬度为229 HB，高于标准要求。

图4 过热器弯头试样金相组织放大照片

对金相试样由外壁到内壁进行显微硬度检验，结果如表2所示。显微硬度检验结果显示：由外壁到内壁的组织显微硬度均高于标准要求，且靠近外壁的组织显微硬度最高。

表2 管子显微硬度检验结果 HB

3 处理情况

对高温过热器左数第5排，炉前向炉后数第3，4，8，9，10，11，12，13根共计8根管道进行更换，焊口经射线探伤合格。对高温过热器左数第6排、炉前向炉后数第8，9管道进行更换，焊口经过射线探伤合格。检查发现第5排炉前数4，8，9根管道弯头存在轻微变形扭转。奥氏体不锈钢管道变形后会导致机械性能恶化，故重新制作了3个弯管并做固溶处理，用以更换变形弯管，焊口经过射线探伤合格。

4 原因分析

炉左数第6排进汽侧、炉前向炉后数第9根管道泄漏，管道存在明显裂纹，裂纹上下存在约0.5 mm压痕，且胀粗明显，爆口周围未发现吹损减薄痕迹，判定该处为第1泄漏点。将爆管试样在泄漏部位横向切开，发现横向截面存在2处分层，一处环向长3 cm，宽2 mm；另一处环向长2 cm，宽2 mm。分层边缘尖锐，裂纹向内外壁扩展。继续切试样，在泄漏部位20 cm处，分层现象仍未完全消失。

泄漏部位管材分层是管子原始材质缺陷。分层是由于材料内部存在的孔洞或杂物，如缩孔或大型夹杂物等，在轧制过程中不能被焊合而形成缺陷。

泄漏点在管段对接焊缝附近，该焊缝是2种管径不同的管子的焊接部位。在运行过程中，管子内部气流在焊缝部位从小管径流入大管径，流速和方向发生变化，导致高温过热器管进口部位压力变大。由于此处管子存在大片分层，强度不够，压力增大促使分层边缘尖端部位向管外壁扩展，同时也使得分层变宽，管壁变形；发展到后期，管子强度不够，从而开裂爆管。

5 暴露的问题及隐患

5.1 暴露的问题

(1) 机组历次检修期间防磨防爆检查不细致，未发现管道母材存在深度压痕缺陷。

(2) 锅炉管屏入厂验收管理不到位，未发现锅炉制造厂提供的高温过热器管存在制造缺陷。

(3) 锅炉“四管”防磨防爆工作存在纰漏，习惯于对高温过热器外圈管道进行重点检查，而仅对内圈管道进行抽检，存在检查不到位的问题。

5.2 存在的隐患

基建时，锅炉厂在对高温过热器管Φ45×9(材质SA-213TP347H奥氏体不锈钢) U型弯头冷弯后未做固溶处理，使其表面出现形变硬化组织，导致管道U型弯下弯头表面存在形变马氏体组织(原始为奥氏体组织)，弯头表面硬度增大，脆性增强，弯头爆管的概率增大，给设备安全运行造成较大的安全隐患。

6 防范措施

(1) 强化防磨防爆人员技术培训，增强检查人员的责任心。严格按照上级公司“逢停必查、查必查全”的要求，开展防磨防爆检查。

(2) 利用检修机会搭设脚手架，对高温过热器区域的管屏进行全面检查，对存在类似压痕的管道进行更换。

(3) 加强对锅炉管的入厂验收管理，严格执行承压管道验收标准，发现制造缺陷严禁入库。检修过程中做好管屏防护，避免机械损伤。

(4) 机组检修期间，锅炉防磨防爆小组成员要对高过受热面管道进行全覆盖宏观检查，重点检查管道内部变径部位的管道表面是否存在硬伤、变形胀粗等异常。

(5) 检修期间，对高过受热面管道进行超声检测，抽查比例为2 %，分批次进行全覆盖检查，消除母材分层、夹杂及气孔等缺陷。

(6) 机组大小修期间，抽检2个高过下弯头，对其进行理化分析。跟踪U型弯头劣化趋势，确保受热面弯头安全稳定运行。同时，做好SA-213TP347H奥氏体不锈钢U型弯头备品工作，并对弯头做固溶处理。

7 结束语

锅炉的防磨防爆工作非常复杂，也相当繁重，应根据工作需要加强锅炉防磨防爆检查组的技术力量。要多学习兄弟单位防爆管的经验，找出可能发生爆管的重点部位，为搞好防磨防爆工作奠定基础。将防磨防爆工作向制度化、规范化、科学化靠拢，以减少非停次数，保证锅炉安全经济运行。