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嘉峪檢測網(wǎng) 2019-09-25 16:14
某電廠二期660MW機(jī)組鍋爐為亞臨界自然循環(huán)汽包爐，2018年2月1日，該電廠5號(hào)鍋爐爐膛泄漏報(bào)警，給水流量異常增大，停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)其末級(jí)過熱器出口距頂棚約2m處發(fā)生泄漏，如圖1所示。
圖1 末級(jí)過熱器泄漏處宏觀形貌
過熱器鋼管材料為SA213T91鋼，規(guī)格為?45.0mm×5.2mm。鍋爐累計(jì)運(yùn)行時(shí)間約140000h，共啟停91次。
理化檢驗(yàn)
1、宏觀分析
現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)末級(jí)過熱器左數(shù)第5屏前數(shù)第44，45，48，49根、左數(shù)第6屏前數(shù)第41，43，44根共計(jì)7根鋼管發(fā)生泄漏。
圖2 5-49號(hào)鋼管的宏觀形貌
由圖2可見，左數(shù)第5屏前數(shù)第49根(編號(hào)為5-49，其他鋼管編號(hào)方式相同)鋼管的爆口呈魚嘴狀撕裂，未出現(xiàn)明顯吹損減薄，推測為初始爆口。泄漏蒸汽的沖刷將周圍6根鋼管的管壁吹損減薄，在內(nèi)壓力作用下發(fā)生二次泄漏。將5-49號(hào)鋼管沿縱向剖開后觀察，發(fā)現(xiàn)鋼管內(nèi)壁表面的爆口長度約70mm，寬度約6mm，爆口周圍沒有明顯的蠕變裂紋，鋼管內(nèi)壁氧化皮較厚，局部氧化皮出現(xiàn)開裂、脫落。
2、力學(xué)性能分析
由檢修資料得知，該末級(jí)過熱器管在技改時(shí)曾切除5-49號(hào)鋼管原定位滑塊(材料為T91鋼)，將泄漏位置標(biāo)高處定位滑塊整體下移。在5-49號(hào)鋼管上分別截取管段1(距頂棚1m)和管段2(原定位滑塊焊接處)進(jìn)行壓扁試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)管段1壓扁后，其外壁未出現(xiàn)明顯裂紋，壓扁試驗(yàn)合格；管段2壓扁后，在原定位滑塊焊接處出現(xiàn)了裂紋，壓扁試驗(yàn)不合格，如圖3所示。
圖3 5-49號(hào)鋼管不同管段壓扁后的宏觀形貌
3、金相分析
將圖2b)中的鋼管沿橫向切成鋼片，分別在鋼片爆口中間、爆口1/4處以及爆口邊緣截取金相試樣，試樣截取位置如圖2a)所示，分別記為1，2，3號(hào)試樣。
在光學(xué)顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，1號(hào)和2號(hào)試樣的相變區(qū)內(nèi)為粗大的針狀馬氏體組織，熱影響區(qū)內(nèi)為回火馬氏體，如圖4a)和圖4b)所示；3號(hào)試樣的熱影響區(qū)內(nèi)為回火馬氏體，與母材有輕微差異；熱影響區(qū)邊緣組織中出現(xiàn)粗晶帶，爆口沿該粗晶帶由外壁向內(nèi)壁擴(kuò)展，如圖4c)所示。
圖4 金相試樣的顯微組織
4、掃描電鏡及能譜分析
圖5 5-49號(hào)鋼管裂口的SEM形貌
在5-49號(hào)鋼管爆口處取樣進(jìn)行掃描電鏡(SEM)分析，結(jié)果如圖5所示，可見爆口裂紋周圍有少量蠕變孔洞，裂紋尖端存在氧化層，這表示爆口裂紋的萌生和擴(kuò)展經(jīng)歷了較長時(shí)間。
5、顯微硬度分析
圖6 顯微硬度測試方向(測試點(diǎn)1~30)示意圖
在技改時(shí)與5-49號(hào)鋼管做過相同處理的5-46號(hào)鋼管的輕微受損處截取硬度試樣，沿著如圖6所示的方向，即相變區(qū)→熱影響區(qū)→母材的順序取30個(gè)點(diǎn)進(jìn)行顯微硬度測試。
圖7 顯微硬度分布
從圖7可以看出，從相變區(qū)到母材，顯微硬度呈現(xiàn)先增后降再增的趨勢。這是因?yàn)楹附訒r(shí)相變區(qū)輸入熱量較高，超過了奧氏體化溫度，冷卻后形成硬度較高的針狀馬氏體，其顯微硬度最高達(dá)到252HV；而熱影響區(qū)雖然焊接時(shí)溫度未超過相變溫度，但仍然存在過熱，屬于不完全正火，造成顯微硬度下降(最低僅為198HV)，局部甚至產(chǎn)生了粗晶帶，抗蠕變性能下降；遠(yuǎn)離熱影響區(qū)的母材在焊接時(shí)輸入熱量較小，組織變化不大，仍然保持原有的硬度；靠近焊接熱影響區(qū)邊緣處的硬度最低，這也與爆口沿著熱影響區(qū)擴(kuò)展的現(xiàn)象吻合。
6、氧化皮檢測分析
在5-49，5-50，5-46號(hào)鋼管內(nèi)壁取樣，采用金相法分別測量試樣的氧化皮厚度。結(jié)果顯示5-49，5-50，5-46鋼管內(nèi)壁的氧化層厚度分別為548.26，513.56，425.15μm。
分析與討論
從壓扁試驗(yàn)可知在原定位滑塊處鋼管的力學(xué)性能不合格，通過金相分析觀察到5-49號(hào)鋼管焊接熱影響區(qū)邊緣的組織中出現(xiàn)了粗晶帶，爆口沿該粗晶帶由管外壁向內(nèi)壁擴(kuò)展開裂，這表明該段管材原定位滑塊焊接時(shí)焊接熱輸入過大導(dǎo)致局部發(fā)生相變。掃描電鏡觀察到裂紋周圍存在少量蠕變孔洞，這說明部分原定位滑塊處鋼管長期運(yùn)行后顯微組織出現(xiàn)老化現(xiàn)象。通過金相分析觀察到5-49號(hào)鋼管焊接熱影響區(qū)邊緣的組織中出現(xiàn)粗晶帶，爆口沿該粗晶帶由鋼管外壁向內(nèi)壁擴(kuò)展直至開裂。
從管外氧化皮情況看，末級(jí)過熱器5-49號(hào)鋼管的氧化層最厚，氧化程度比其他鋼管的嚴(yán)重。根據(jù)氧化動(dòng)力學(xué)原理，過熱器鋼管內(nèi)壁氧化皮的增長厚度與其在服役期內(nèi)的當(dāng)量金屬溫度有一定的關(guān)系，而鋼管的當(dāng)量金屬溫度可按Laborelec經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算
式中：T為金屬溫度；a，b為特定材料常數(shù)；t為鋼管已運(yùn)行時(shí)間，此處按140000h計(jì)算；x為鋼管內(nèi)壁氧化層厚度。
根據(jù)式(1)計(jì)算得到末級(jí)過熱器出口段鋼管管壁的當(dāng)量溫度為607~622℃，按照DL/T 715－2015«火力發(fā)電廠金屬材料選用導(dǎo)則»，SA213T91鋼管材料的推薦使用溫度不大于610℃，由此可推測末級(jí)過熱器5-49號(hào)鋼管運(yùn)行的當(dāng)量溫度已接近或超過材料的推薦使用溫度。
結(jié)論及建議
現(xiàn)場檢查及理化檢驗(yàn)分析結(jié)果表明，鍋爐末級(jí)過熱器發(fā)生泄漏的初始位置為5-49號(hào)鋼管原定位滑塊焊接處，由于焊接時(shí)熱輸入過大，造成鋼管管壁局部發(fā)生相變且晶粒粗大，在長期過熱運(yùn)行后，鋼管焊接熱影響區(qū)抗蠕變性能下降，最終在熱影響區(qū)邊緣產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展。
建議加強(qiáng)鍋爐受熱面焊件的焊接質(zhì)量控制，制定合理的焊接工藝，并進(jìn)行焊接質(zhì)量檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除缺陷，以確保鍋爐長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。
來源：嚴(yán)小華理化檢驗(yàn)
