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某電廠300MW鍋爐水冷壁管泄露原因分析及對(duì)策建議

文檔作者：鄭小騰，竺哲明，余煥偉文檔來(lái)源：紹興市特種設(shè)備檢測(cè)院			點(diǎn) 擊數(shù)：
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第6期
2015年11月
鍋爐制造
BOILER MANUFACTURING
No. 6
Nov. 2015

某電廠300 MW鍋爐水冷壁管泄露原因分析及對(duì)策建議
鄭小騰，竺哲明，余煥偉
(紹興市特種設(shè)備檢測(cè)院，浙江紹興312071)
摘要:某電廠電站鍋爐水冷壁管發(fā)生開(kāi)裂泄漏造成停爐。本文對(duì)開(kāi)裂管樣進(jìn)行了外觀、硬度、金相、掃描電 鏡等檢查，并對(duì)失效原因進(jìn)行了分析,判定該爐管開(kāi)裂是由于氫損傷導(dǎo)致，并提出了相應(yīng)對(duì)策建議。
關(guān)鍵詞：水冷壁管;開(kāi)裂;失效分析;氫損傷
中圖分類號(hào):TK223.3	文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A	文章編號(hào):CN23 - 1249(2015)06 -0026 -03
Failure Analysis and Countermeasures on the 300 MW
boiler water - cooled wall pipe bursting
Zheng Xiaoteng, Zhu Zheming, Yu Huanwei
(Shaoxing Special Equipment Testing Institute,Shaoxing 312071 , China)
Abstract: In this paper, aimed at a boiler shut 一 down accident caused by the water - cooled wall pipe bursting, some inspections of the cracked tube such as appearance, hardness, metallography and scanning electron microscopy were performed and the failure reason was also analyzed ； then a conclusion that the pipe cracking was due to a hydrogen corrosion was determined and the corre¬sponding countermeasures and suggestions were proposed.
Key words: water 一 cooled wall pipe ； bursting ； failure analysis ； hydrogencorrosion
0引言
水冷壁管是電站鍋爐的重要部件，其管內(nèi)往 往承受蒸汽帶來(lái)的高溫高壓及腐蝕作用,管外又 有高溫?zé)煔獾臎_刷磨損⑴，因此水冷壁管是電站 鍋爐停爐檢驗(yàn)的重點(diǎn)之一,其正常運(yùn)行也是保障 電站鍋爐安全的重要方面。
某電廠300 MW亞臨界鍋爐，四角切圓燃燒。 鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量1 025 t/h,主蒸汽出口設(shè)計(jì) 壓力和溫度分別為17. 5 MPa和540七。爐膛水 冷壁是由620根20 G管子組成的膜式水冷壁，管 子規(guī)格為60x5 mm0在投入使用10年后左墻后 數(shù)第98根水冷壁管(15 m標(biāo)高處)，發(fā)生開(kāi)裂泄 漏，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間約78 000小時(shí)。
1水冷壁管開(kāi)裂宏觀形貌
爐管開(kāi)裂部位肉眼可見(jiàn)開(kāi)裂長(zhǎng)度約200 mm。
收稿日期=2015 -08 -22
作者簡(jiǎn)介：鄭小騰，工作于紹興市特種設(shè)備檢測(cè)院。 
鄭小騰，等:某電廠300 MW鍋爐水冷壁管泄露原因分析及對(duì)策建議	? 27 -

截取其中長(zhǎng)約20 mm樣品進(jìn)行分析研究,其開(kāi)裂 處橫截面及內(nèi)表面形貌分別如圖1和圖2所示， 據(jù)圖可看出爐管開(kāi)裂處無(wú)鼓包、無(wú)明顯塑性變形， 裂紋已貫穿爐管壁厚。在爐管開(kāi)裂處內(nèi)表面，覆 有一層較厚的腐蝕物，未見(jiàn)其它明顯裂紋。
2硬度分析
對(duì)樣品管開(kāi)裂處及未開(kāi)裂處（裂紋對(duì)面）進(jìn) 行布氏硬度檢測(cè)，結(jié)果如表1所示。
表I水冷壁管硬度檢測(cè)結(jié)果（HBW）
編號(hào)	1	2	3	4	5	平均值
開(kāi)裂處	71	69	73	69	75	71.4
未開(kāi)裂處	122	119	116	118	124	119.8

硬度檢測(cè)結(jié)果表明,開(kāi)裂處附近硬度值僅為未 開(kāi)裂處（裂紋對(duì)面）的60%，兩者硬度值相差較大，且 均低于DI>T 438 - 2009附錄中20鋼硬度推薦值。
3顯微組織分析
對(duì)樣品管未開(kāi)裂處（裂紋對(duì)面內(nèi)表面）和開(kāi) 裂處附近內(nèi)表面進(jìn)行打磨、拋光、4%硝酸酒精溶 液腐蝕，然后進(jìn)行組織觀察和分析。圖3和圖4 分別為未開(kāi)裂處（裂紋對(duì)面內(nèi)表面）和開(kāi)裂處附
 
圖3樣品管未開(kāi)裂處（裂紋對(duì)面內(nèi)表面）金相組織

圖4樣品管開(kāi)裂處附近內(nèi)表面金相組織

近內(nèi)表面顯微組織。
從圖3可以看出，樣品管未開(kāi)裂處（裂紋對(duì) 面內(nèi)表面）金相組織為鐵素體+珠光體，組織中 大部分珠光體形態(tài)保持較好，僅有部分珠光體發(fā) 生輕微空洞現(xiàn)象。從圖4則可以看出，樣品管開(kāi) 裂處附近內(nèi)表面金相組織基本為鐵素體，極少部 位保存有相對(duì)完整的珠光體形貌,絕大多數(shù)珠光 體已發(fā)生空洞、球化。
對(duì)樣品管開(kāi)裂處附近內(nèi)表面進(jìn)行打磨，然后 分別用金剛石顆粒酒精懸浮液和SiO2水懸浮液 進(jìn)行粗拋和細(xì)拋，在光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡下觀 察，如圖5-6所示，從圖中可以看出，樣品開(kāi)裂處 附近內(nèi)表面組織中存在大量微裂紋，且微裂紋具 有明顯沿晶開(kāi)裂特征。
 
圖5樣品管開(kāi)裂處附近內(nèi)表面微裂紋

圖6樣品管開(kāi)裂處附近內(nèi)表面微裂紋

4掃描電鏡分析
對(duì)樣品內(nèi)表面開(kāi)裂處斷口進(jìn)行掃描電鏡 觀察，結(jié)果如圖7-8所示，從圖中可看出，樣 品管內(nèi)表面開(kāi)裂處斷口表面雖然已經(jīng)腐蝕， 但是仍能看出開(kāi)裂面相對(duì)平整，無(wú)明顯的塑 
 
性變形，韌窩較淺，呈結(jié)晶狀，表現(xiàn)出明顯的 沿晶脆性斷裂特征。
 
圖7開(kāi)裂處附近內(nèi)表面形貌（300倍）

圖8開(kāi)裂處附近內(nèi)表面形貌（2 000倍）

5水冷壁管開(kāi)裂原因分析
綜合以上檢測(cè)結(jié)果分析，該鍋爐水冷壁管開(kāi) 裂處無(wú)明顯塑性變形；應(yīng)排除腐蝕減薄引起的失 效。但開(kāi)裂處腐蝕明顯.硬度值下降，顯微組織發(fā) 生球化,表層脫碳.且發(fā)現(xiàn)有大量沿晶裂紋，為典 型電站鍋爐水冷壁管氫損傷特征2
電站鍋爐水冷壁管一般用材為碳鋼.根據(jù) Nelson曲線可知：在高溫（＞ 220* ）高壓（大約在 1.4 MPa左右）臨氫條件下，水冷壁管金屬與H* 反應(yīng)生成Fe"和其中-部分氫原子或氫分子 會(huì)滲入管壁，與基體中的C化合生成甲烷Fe,C + 2H2-^3Fe +CH；3 4 ,這不僅會(huì)消耗掉基體中的 碳,使管壁金屬?gòu)?qiáng)度下降.而且生成的甲烷還會(huì)在 晶界聚集，導(dǎo)致晶界應(yīng)力開(kāi)裂隨著以上反應(yīng)的 持續(xù)進(jìn)行，脫碳層區(qū)域擴(kuò)大.晶間微裂紋長(zhǎng)大并相 互連接，管壁金屬性能急劇下降，在內(nèi)外壓差的作 用下最終將導(dǎo)致爆管。
因此，該水冷壁管開(kāi)裂泄漏原因主要由氫損 傷造成。
6對(duì)策建議
1）	應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水冷壁管投入使用前的內(nèi)表面 檢查和防腐處理，爐管內(nèi)表面的完整性將有助于 阻止氫損傷的發(fā)生
2）	利用超聲等無(wú)損檢測(cè)方法加強(qiáng)對(duì)類似工 況水冷壁氫損傷進(jìn)行排查
3）	加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)督。
參考文獻(xiàn)
II］周春樹(shù).氫腐蝕對(duì)電站鍋爐水冷壁管的危害及預(yù)防 措施〔■!〕.吉林電力.2007,35（2）:50 -54
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［3］	崔侖，孫凱.陳俊峰.電站鍋爐水冷壁管的氫腐蝕 〔J〕.苦林電力,2004,174（5） -40 - 43
［4］	劉兵，鄭坊平等.亞臨界300WM機(jī)組鍋爐水冷壁爆 管原因分析〔J〕.熱力發(fā)電,2008,37（10） ：35-38

［上接第22頁(yè)］
5結(jié)束語(yǔ)
近年來(lái)，電廠鍋爐爐頂“三漏”的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā) 生，成為了困擾電廠的難題。而鍋爐爐頂密封的 好壞，不僅影響鍋爐的安全運(yùn)行和電廠工作環(huán)境， 同時(shí)降低了鍋爐各項(xiàng)性能指標(biāo)和電廠的經(jīng)濟(jì)效 益。所以解決鍋爐爐頂“三漏”問(wèn)題迫在眉睫 而立體柔性密封無(wú)論在投資和投資冋?qǐng)?bào)上都為徹 底解決鍋爐爐頂泄露提供了最佳方案和新的選擇 方向。

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