摘要：针对某电厂锅炉型号为HG-1065/17.5-YM24型亚临界锅炉末级过热器爆管试样进行的爆口宏观检验、材质成分分析和金相组织检验，根据综合测试分析认为，管子爆口内外表面存在较厚的氧化皮且胀粗不明显，且存在多处与爆口平行的蠕变裂纹，说明该管段处于长期超温运行的工况，力学性能分析结果显示试样屈服强度、抗拉强度均低于标准规定值，说明爆管及附近管材强度明显下降，从金相结果来看爆管母材贝氏体相位明显分散，晶界碳化物沿与应力垂直方向呈链状分布，组织老化较为严重。从爆管处测量管子外弯处壁厚为6.7mm，内弯壁厚为9.1mm，弯管外弯壁厚小于管子公称壁厚，由于外弯处壁厚较薄且弯管存在一定的椭圆度，在内压作用下的膜应力及管子复圆过程中的局部弯曲应力，使得弯管外弯外壁具有较高的应力幅值，这就进一步加速了管子材质损伤的速度，最终造成该弯管在运行约5万小时即发生蠕变开裂爆管。。
关键词：蠕变裂纹；局部弯曲应力；组织老化；屈服强度
1 事故概述
某电厂锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG-1065/17.5-YM24型亚临界锅炉。2017年9月24日9点47分，运行人员发现末级过热器炉右至炉左第26排炉前至炉后第3根管子管屏泄漏。泄露前机组负荷265MW，末级过热器位于炉膛后方的水平烟道内，一共有90片，管径为Φ51mm，壁厚8mm，材质为T23，泄漏前机组累计运行约5万小时
2 检验
2.1 宏观检查
爆口处爆口位于末级过热器管弯管外弯沿轴向开裂，爆口开口长度为61.90mm，宽度为5.1mm，肉眼可见爆口边缘有5条平行裂纹，从爆口两侧边缘测量管子外壁周长为160mm，折算管径为51.96mm，爆开前爆口处管径胀粗量很小；爆口与径向倾角约为30度，对外壁脱落的氧化皮测量3次，厚度分别为0.54mm、0.50mm、0.62mm平均值为0.55mm，内壁氧化皮厚度平均为0.42mm；爆口附近管外表面存在树皮状开裂纹理，具有长期超温断裂宏观特征。
2.2 材质分析
对末级过热器爆管及周边对比管样进行材质化学成份分析，分析结果见下表：
表1 末级过热器管化学成份（%）
试验结果表明两个试样屈服强度、抗拉强度均低于GB5310-2008标准规定值，其中爆管试样低于标准规定值的幅度较对比管更大，力学性能均不符合标准要求。
2.4显微组织分析
2.4.1末级过热器爆管母材
图3对比管材母材组织200×
2.4.3显微组织分析结果
由爆管试样可以看出在爆口主裂纹附近管子外壁，有7条与主裂纹平行的小裂纹，主裂纹为沿晶开裂，在其尖端附近存在数条互不相连蠕变微裂纹，裂纹边缘有残留氧化物痕迹，爆口裂纹尖端附近母材金相组织为贝氏体组织，贝氏体相位明显分散，晶界变粗，晶界碳化物沿与应力垂直方向呈链状分布，老化程度为完全老化，评级为4级。从显微镜下观测，爆口附近外壁氧化皮厚度为227.4μm，小于从爆管上脱落氧化皮厚度值，这是由于爆口附近管子外壁氧化皮受到蒸汽冲刷减薄所致。从上述特征看爆管性质为长期过热造成的蠕变开裂。
对比管样母材金相组织为贝氏体组织，晶界内碳化物粒子数量减少，尺寸粗化，晶界碳化物沿与应力垂直方向呈方向性分布，贝氏体位相已明显分散，老化程度为中度老化，评级为3级。
3 原因分析与结论
管子爆口内外表面存在较厚的氧化皮且胀粗不明显，且存在多处与爆口平行的蠕变裂纹，说明该管段处于长期超温运行的工况，力学性能分析结果显示试样屈服强度、抗拉强度均低于标准规定值，说明爆管及附近管材强度明显下降，从金相结果来看爆管母材贝氏体相位明显分散，晶界碳化物沿与应力垂直方向呈链状分布，组织老化较为严重。从爆管处测量管子外弯处壁厚为6.7mm，内弯壁厚为9.1mm，弯管外弯壁厚小于管子公称壁厚，由于外弯处壁厚较薄且弯管存在一定的椭圆度，在内压作用下的膜应力及管子复圆过程中的局部弯曲应力，使得弯管外弯外壁具有较高的应力幅值，这就进一步加速了管子材质损伤的速度，最终造成该弯管在运行约5万小时即发生蠕变开裂爆管。
对比管样弯头外壁氧化皮厚度为0.46mm，内壁氧化皮很薄，母材贝氏体晶界内碳化物粒子数量减少，尺寸粗化，但贝氏体位相尚比较明显，晶界碳化物存在沿与应力垂直方向呈方向性分布的趋势，组织老化程度为3级，低于爆管，但机械性能试验结果显示抗拉强度和屈服强度值均低于标准要求，说明也存在明显的组织老化现象。
综上所述，爆管内外表面氧化及组织损伤程度明显大于周边其它管子，说明这根管子内部介质流速低于相邻过热器管。可能存在通流面积减小，管壁超温的情况。
4 预防措施
为避免末级过热器爆管带来的不利影响，建议加强对爆管附近过热器管管壁温度的监视，尽量减少热力偏差，防止管壁超温现象的发生，加强对末级过热器管的监督检查，必要时进行增加割管试验。
参考文献：
[1] 薛军，杭桂男等，330MW亚临界锅炉高温过热器爆管原因分析及治理[J].锅炉技术.2013，11，44-6.
[2] 2010 ASME BPVC section I-rules for construction of power boilers：PG-19 Cold forming of austenitic materials[S].
论文作者:晏得才,石华洲,武鑫
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
标签：应力论文; 裂纹论文; 碳化物论文; 金相论文; 组织论文; 试样论文; 过热器论文; 《基层建设》2018年第26期论文;