电厂锅炉再热器管开裂原因

刘永超

(中国大唐集团科学技术研究总院有限公司 大唐华北电力试验研究院, 北京 100040)

锅炉四管泄漏[1-4]是电厂非正常停机的最普遍、最常见的形式,通常受热面管失效的形式主要有过热爆管[5-7](短期过热爆管、长期过热爆管)、原始缺陷、腐蚀、疲劳[8]、磨损、错用钢材,以及设计、安装、运行不当造成的泄漏等。四管泄漏将严重影响机组的安全运行[9-10],给电厂造成巨大的经济损失。随着锅炉设备的老化,四管泄漏的问题会越来越严重。

某厂锅炉的最大蒸发量为1 025 t/h,额定蒸发量为960 t/h,为亚临界参数、一次中间再热、自然循环汽包炉,该炉采用平衡通风、四角切圆的燃烧方式,炉顶为封闭式大包结构。2021年8月,该电厂出现锅炉凝补水量增加、省煤器出口烟温度升高、引风机电流增大、四管泄漏报警等现象。检查发现锅炉七层炉膛1号角有异音,打开前墙壁再集箱(标高44 m)上方3 m处左数第一和第二个看火孔(标高47 m),发现两个看火孔均有蒸汽溢出,判断炉内受热面泄漏。壁式再热器、水冷壁、分隔屏发生了不同程度的泄漏或吹损。笔者采用一系列理化检验方法对该厂锅炉壁再热器管的开裂原因进行分析,以防止该类问题再次发生。

1 理化检验

1.1 宏观观察

锅炉壁再热器管的材料为12Cr1MoV钢,规格为50 mm×4 mm(外径×壁厚),分隔屏次外圈材料为12Cr1MoV钢,规格为51 mm×7 mm(外径×壁厚)。前墙壁再热器管试样宏观形貌如图1所示。

图1 前墙壁再热器管试样宏观形貌

1.2 金相检验

对左数第31根再热器管开裂位置进行割管取样,其显微组织形貌如图2所示,图2a)为正常部位的显微组织形貌,图2b)～2c)为缺陷部位的显微组织形貌。由图2可知:正常部位的显微组织为铁素体+珠光体,球化级别为1.5级,显微组织正常;缺陷部位的显微组织仍为铁素体+珠光体,球化级别为1.5级,显微组织正常。

图2 左数第31根再热器管开裂位置显微组织形貌

1.3 硬度测试

对左数第31根再热器管取样,用SHB-3000E型布氏硬度计对其进行硬度测试,结果如表1所示,由表1可知:该管硬度符合DL/T 438—2016 《火力发电厂金属技术监督规程》对12Cr1MoV钢的硬度要求。

表1 左数第31根再热器管试样硬度测试结果 HBW

2 综合分析

经过对取样管进行宏观观察,发现管件没有明显腐蚀迹象,且受热面管的氧化皮厚度也较薄,可以排除腐蚀导致受热面管开裂的原因。金相检验和硬度测试结果表明,缺陷处的显微组织及硬度均正常,没有发现过热组织,可以排除过热及材料本身存在缺陷等原因。

在设计过程中,为了防止管子之间出现较大的变形,需要保持管排之间的设计间距,使管排之间的受热情况相对平均且稳定,需要在管排之间设置定位连接装置,通过连接焊来固定管排(见图3)。在焊接过程中,局部剧烈的温度和组织变化会使材料产生一定的残余应力,当出现较大应力时,靠近熔合线和热影响区附近会成为薄弱环节,可能发生开裂事故。

图3 再热器管排之间的布局示意

根据再热器管的布局可知:受热面管与管连接焊之间的角度为120°,结合现场分析,第31根再热器管靠炉前侧线状泄漏点为首爆点,首爆点位置与管排之间连接焊的角度均为120°,同时线状泄漏点的高度与连接焊之间的高度一致,因此判断在前期管屏焊接过程中出现误焊,在首爆口位置产生了一定的原始缺陷,然后随着运行时间的延长,管件出现开裂现象。

此外,滑动板与第31根壁再热器管通过焊接相连,且该位置同样与第31根再热器管靠炉前侧线状泄漏点高度一致,是前期滑动板与31根壁再热器管靠炉前侧发生误焊,产生了缺陷,导致管件缺陷位置发生开裂。

3 结论及建议

缺陷部位材料组织为铁素体+珠光体,球化级别为1.5级,显微组织没有发现异常情况。泄漏部位的硬度均正常,符合DL/T 438—2016的要求。再热器管泄漏的原因是在设计安装定位连接结构的前期,管排的连接焊发生误焊或者是滑动板与31根壁再热器管靠炉前侧误焊造成的缺陷,在运行过程中,该位置成为薄弱环节。

建议对受热面管之间的定位连接结构进行优化,避免受热面管之间直接焊接,并加强对受热面管基建部位的检验,从设计与安装的合理性方向进行调整[11]。