135 MW 锅炉屏式过热器12Cr2MoWVTiB钢爆管失效分析.pdf

第 卷 第 期 年 月 9畅 E畅 135 MW 锅炉屏式过热器 12Cr2MoWVTiB 钢爆管失效分析 朱海宝 ， 高国宏， 卓仁春， 奚杰峰 （华电电力科学研究院，浙江 杭州 ； （贵州华电桐梓发电有限公司，贵州 遵义 ） 摘要：采用化学成分分析、力学性能测试和组织分析等方法，对屏式过热器 钢爆管进行了失效研究。 结果表明，爆 口处化学成分无明显异常，硬度比正常处低约 ，显微组织出现明显软化。 分析认为，管子长期在超温条件下服役，组织老 化导致材料力学性能下降；由于屏过穿排定位管和外圈竖直管相互磨损发生泄漏，后段管子内介质流量减小，壁温迅速升高，短时 过热在高温下组织快速软化，造成管子切向应力超过材料强度而发生瞬时超温爆管。 关键词： 屏式过热器； 钢；失效；组织；力学性能 中图分类号：TK228 文献标志码：A 文章编号：0254- 6051（2014）10- 0156- 03 收缩畸变，减小配合尺寸内径的磨削量，提高磨削效 率，降低生产成本。 而槽形钢环体因内外径有涨有缩， 且椭圆度较大，因此内外径留量应加大至 ，以保证淬火后畸变不超差。 参考文献： 典型零件的热处理热处理手册： 第二卷北京： 机械工业出 版社， ： ， - 崔 崑钢铁材料及有色金属材料北京： 机械工业出版社， ： - 工艺基础热处理手册： 第二卷北京： 机械工业出版社， ： 赵昌盛模具材料及热处理手册北京： 机械工业出版社， ： - 王红伟， 张旭东， 顾 敏， 等 钢轴瓦低淬低回工艺与畸 变统计 金属热处理， ， （）： - 王红伟， 张旭东， 顾 敏， 等 钢轴瓦高温淬火回火后的 组织及畸变 金属热处理， ， （）： - Failure analysis of bursting 12Cr2MoWVTiB steel pipe of platen superheater for 135 MW boiler ， ， ， （ ， ， ； ， ， ） Abstract： ， ， - - ； ， ， ， 摧 - Key words： ； ； ； ； 过热器、再热器是锅炉受热面中工作条件最恶劣 的部件 - 。 据统计 ，在、 火电机组 中，由于过热器、再热器故障造成的等效非计划停运， 分别占各机组停运事故比例的 、 、 收稿日期：- - 作者简介：朱海宝（），男，工程师，硕士，主要从事电厂金属材料失 效分析和无损检测等工作，联系电话：- ，- ： doi：10 13251 j issn 0254- 6051 2014 10 041 ，造成了重大损失。 过热器和再热器不仅影响 机组运行的经济性，也严重影响机组运行的安全性。 事故情况及检验方法 某电厂 号 火电机组锅炉发生爆管泄漏 事件。 事故锅炉为 - - 型超高压中间 再热自然循环固态排渣炉，其结构特点为单炉膛、型 布置，采用四角切圆燃烧方式。 泄漏后紧急停炉，对泄 漏部位进行检查发现，此锅炉中全大屏过热器第 列 第 期朱海宝，等： 锅炉屏式过热器 钢爆管失效分析 l 第 圈竖直管 处爆口、 处吹损；全大屏过热器第 一屏定位管 处磨损泄漏，共计 处泄漏点。 泄漏部 件材质均为 ，规格为 矱 。 是一种低合金贝氏体型耐热钢，主要 采用钨钼复合固溶强化，钒钛复合弥散强化和微量硼 的硬化，在小于 的工况下该钢具有优良的综合 力学性能，抗氧化性能及组织稳定性。 为了确认屏式过热器 钢爆管泄 漏的具体原因，采用宏观检查、显微组织观察、硬度测 试、化学成分分析等手段对泄漏材质爆管管材进行分 析研究 - 。 显微组织观察采用 型金相显微镜，硬 度测试采用 - 型显微维氏硬度计，载荷砝码 为 。 为了便于试验研究，将管排定位管泄漏点编 为 号，全大屏竖直管泄漏点编为 号，竖直管爆口处 编为 号。 检验结果及分析 2 1 宏观检查 图（）为穿排定位管磨损泄漏点，焊接处为同种 钢焊接，定位管口有明显磨损面，磨损面中间出现泄漏 孔，泄漏孔尺寸 ，管子直径未见明显胀 粗。 图（）为全大屏过热器第 列第 圈竖直管泄 漏处表面，其主要受泄漏蒸汽喷吹影响导致壁厚减薄 而产生此泄漏点， 泄漏尺寸为 。 图（） 为全大屏过热器第 列第 圈竖直管处爆 口、爆口最大尺寸为 ，爆口附近出现 明显涨粗，最大直径尺寸达到 ，管子外壁呈 蓝黑色破口，管子内外表面未见明显氧化皮，爆口边 缘刃口呈现明显减薄，管子外表面出现了平行于破 口的轴向微纹。 2 2 化学成分分析 管排定位管、屏式过热器竖直管泄漏材料均为 图 泄漏点形貌 （）定位管磨损处；（）竖直管吹损处；（）竖直管爆管处 （） ； （） ； （） 钢。 为了进一步分析泄漏管子材质， 对在 处泄漏点附近取样作化学成分分析如表 所 示。 依据 枟高压锅炉用无缝钢管枠 标 准， 处泄漏点材料的主要成分均符合标准要求。 表 1 试验钢的化学成分（质量分数，） Table 1 Chemical composition of the tested steel （wt） 位置 号 U 崓 哪 4 s 号 U 崓 哪 4 s 号 U 崓 哪 4 s 标准 要求 貂 , d 洓 佑 J 2 3 组织分析 图（）为管排定位管磨损点位置附近处纵截面 的显微组织，主要由有粒状贝氏体 少量碳化物组成。 图（）是竖直管吹损泄漏点附近处纵截面的显微组 织，为粒状贝氏体和少量碳化物组成。 图 （）为竖直 管爆口处附近横截面的显微组织，组织由铁素体 粒 状贝氏体 碳化物构成，图（）为爆管外表面的氧化 脱碳层和裂纹，裂纹深度可达 。 依据 枟火电厂金相检验与评定技 术导则枠对图 进行显微组织评级，从图 （）磨损泄 漏点、图（）吹损点显微组织来看，两处组织差别不 大，贝氏体基体 碳化物析出，组织老化等级评 级； 从图 （）爆口位置的金相来看，显微组织严重恶化， 主要为铁素体基体 碳化物组成，碳化物明显聚集长 大，组织老化等级评为 级，材料性能急剧下降，呈现 短时超高温迹象；同时爆管表面出现密集的轴向微纹， 为长时高温运行状态特征，表明爆管前管子长期处于 过热状态。 l 第 卷 图 泄漏点的显微组织 （）磨损处；（）吹损处；（）爆管处；（）爆管外表面 （） ； （） ； （） ； （） 2 4 硬度 对泄漏管材进行显微硬度测试，结果如表 所示， 从表 中可以看出，管排定位管磨损泄漏点附近平均 显微硬度分别为 ，竖直管泄漏点处平均显 微硬度 ，竖直管爆口金相显微硬度值显著 降低，平均显微硬度只有 ，总体看来爆口处 平均显微硬度值明显偏低约 。 表 2 泄漏点的显微硬度 Table 2 Micro hardness of the leakages 位置显微硬度 平均显微硬度 煙 号葺w 号葺w 号葺w 结论 ） 屏式过热器泄漏管主要元素化学成分符合 枟 高 压 锅 炉 用 无 缝 钢 管枠 标 准 中 钢的要求。 ） 管排定位管处可见平滑磨损面，磨损而导致泄 漏；屏过竖直处为吹损减薄导致泄漏；屏过爆口处管子 直径明显涨粗，爆口边缘锋利，呈现塑性撕裂，符合短 时过热爆管特征。 ） 管排定位管泄漏处和全大屏吹损处组织为粒 状贝氏体组织和少量碳化物，评为 级；屏过爆口处为 短时超温导致硬度偏低，组织软化严重，碳化物聚集长 大，评为 级，同时爆口附近分布着密集的轴向纵裂 纹，显示出长时高温运行特征。 ） 综上所述，管子长期在超温条件下服役，显微组 织出现老化，导致材料本身力学性能下降；后来由于短时 过热壁温瞬时上升，高温下组织快速软化，造成管子环向 应力超过其材料本身强度而发生短时超温爆管。 参考文献： 阎光宗， 徐雪霞， 欧阳杰， 等 超临界机组屏式过热器爆 管失效分析金属热处理， ， （）： - 高 岩， 郑志军火力发电锅炉“四管”部件失效形式和机理概述 金属热处理， ， （）： - 王静静， 周云龙过热器再热器爆漏事故的原因分析及对策 应用能源技术， （）： - 现代电站锅炉技术及其改造编委会现代电站锅炉技术及其改造 北京： 中国电力出版社， 邱玉堂， 范玉庆钢 高温过热器短期失效原因分析山东 电