韩志远 (内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司,呼和浩特 010206)
摘 要:某热电厂600 MW 锅炉水冷壁管在水压试验时出现开裂。采用宏观分析、化学成分 分析、金相检验、力学性能试验等方法对开裂原因进行了分析。结果表明:水冷壁管原始管材边 角部位存在夹渣缺陷,使得母材形成不连续缺陷,在水压试验升压时,裂纹扩展最终导致管子开 裂失效。
关键词:锅炉;水冷壁管;水压试验;开裂;夹渣 中图分类号:TG115.2 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2021)02-0060-03
水冷壁管是热电厂锅炉实现热量传递与交换最 核心的部件,由于锅炉运行工况的复杂性,水冷壁管 失效的情况较为常见。水冷壁管一旦失效不仅会造 成很大的经济损失,还可能会引发严重的安全事故。 因此,分析水冷壁管的失效原因并提出有效的预防 措施,对保证热电厂锅炉的安全运行具有非常重要 的意义[1-5]。 某热电厂600 MW 锅炉为东方锅炉公司制造 的亚临界、自然循环、前后墙对冲燃烧、一次中间再 热、单炉膛平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、紧身封 闭、全钢构架的Ⅱ型汽包炉,型号为 DG2070/17.5- Ⅱ4。锅炉设计压力为19.1 MPa,最大连续蒸发量 为2070t·h -1,额定蒸发量为1876t·h -1,额定蒸 汽温度为541 ℃。该锅炉在进行 A 级检修时根据 需要更换了部分水冷壁管,检修完成后锅炉在额定 工作压力下进行了水压试验,当一次汽系统压力升 至16.7 MPa时,锅炉右前角水冷壁放水管处发生 了渗漏,在检查时发现水冷壁下集箱放水管右前角 左数第3根管开裂。为了找出该水冷壁管的开裂原 因,笔者对其进行了检验和分析,以期杜绝类似失效 事件再发生。
1 理化检验
1.1 宏观分析
该600MW 锅炉炉膛的断面尺寸为20.7 m× 16.744m,炉膛容积为18532m 3。炉膛高热负荷区 域采用内螺纹管膜式水冷壁,水循环方式为自然水 循环。炉膛上部布置有前、后屏式过热器及高温过 热器,折焰角后部水平烟道布置有高温再热器,后竖 井双烟道分别布置有水平低温过热器、低温再热器 及省煤器。锅炉水冷壁具体参数如表1所示。 新 更 换 的 水 冷 壁 下 集 箱 放 水 管 的 规 格 为 ?42mm×6mm,发生开裂部位距管端2m,锅炉炉 管的具体布置见图1。 对开裂管子中间原始裂纹部位进行解剖,宏观 形貌如图2和图3所示。由图2和图3判断管子裂 纹断面上部为原始缺陷,裂纹深度为0.5~3mm,下 部为裂纹扩展区域,裂纹从管子外壁起始一直向内 壁扩展。从裂纹形态推测该裂纹属于原始管材的轧 制裂纹。管 子 裂 纹 从 中 间 部 位 开 裂,开 口 宽 度 约 1.5mm,长度约 400mm,从裂纹的开裂宽度推测 原始裂纹长度约为200 mm,两端的裂纹为裂纹在 扩展过程中拉裂导致的
1.2 化学成分分析
水冷壁放水管材料为20G 钢,水冷壁放水管采 用冷拔制造工艺生产并进行了热处理。材料的化学 成分是保证材料使用性能的前提,因此分别对新的 水冷壁管和发生开裂的水冷壁管进行化学成分分 析,结果如表2所示。由表2可知,水冷壁管化学成 分符合 GB/T5310-2017《高压锅炉用无缝钢管》 中对20G 钢的成分要求。
1.3 金相检验
在开裂管子裂口附近割取两段水冷壁管制成2 个金相试样,对其进行金相检验,如图4所示。可见 其显微组织为铁素体+珠光体,未发现球化,未见异 常显微组织,符合 GB/T5310-2017的技术要求。
1.4 力学性能试验
为检验开裂水冷壁管是否存在其他问题,割取 管样进行拉伸试验和硬度测试,结果表3,可见其满 足 GB/T5310-2017的技术要求。此外割取管样 进行压扁试验,结果未发现裂纹及其他缺陷。
2 分析与讨论
失效水冷壁放水管的金相检验结果表明其显微 组织正常,力学性能试验结果均符合 GB/T5310- 2017的技术要求。失效水冷壁放水管的化学成分符合 GB/T5310-2017对20G 钢的成分要求。结 合失效管材解剖结果,分析认为水冷壁放水管在水 压试验时失效开裂泄漏原因为原始管材坯料边角部 位存在夹渣缺陷,在管子拔制时夹渣遗留在母材内 部,造成母材不连续缺陷,在水压试验升压时导致水 冷 壁 管 失 效 开 裂[6-8]。 该 批 管 子 装 配 前 未 进 行 100%探伤检查,因此管子存在的原始缺陷未被发 现,最终导致管子使用时失效开裂[9]。此外通过检 验与开裂管同批次管材,均未发现水冷壁管存在超 标缺陷。此次更换的所有管子是同一批次管材但发 生开裂的管子仅有1根,比例约为1%,检验结果符 合标准要求,可以确认该开裂管为个别现象,具有一 定的偶然性。
3 结论及建议
由于水冷壁管子存在原始缺陷,锅炉进行水压 试验升压过程中在内压力作用下,水冷壁管的裂纹 扩展最终导致水冷壁管开裂。 建议新购买的锅炉管材尽量进行100%超声波 探伤、涡流探伤、磁粉探伤等检验,避免类似事故的 再次发生。
来源：材料与测试网