（华能国际电力股份有限公司 上海石洞口第一电厂 上海市宝山区盛石路270号 200942）
摘要：简述某电厂325MW机组锅炉高温过热器爆管事故情况。通过对爆破管样的成分分析、金相组织、硬度检验、室温拉伸等检测，判断失效类型为超温蠕变失效。最后针对该问题，从改进检修工艺、防治氧化皮措施等方面着手，制定了相关防范措施，避免类似事故再次发生。
关键词：亚临界锅炉；高温过热器；过热爆管；异物堵塞
引言
锅炉是火力发电厂实现能量转换的重要设备。在运行过程中，由于温度过高等原因，易引起锅炉受热面爆管泄漏事故。受热面泄漏是造成火力发电厂非正常停运的主要原因之一。在发生受热面爆管泄漏事故时，可通过对爆管的微观组织形貌、失效过程及形式等特征的分析，查明爆管原因。
1 设备及爆管情况简介
1.1设备情况简介
某电厂4号机组锅炉系上海锅炉厂有限公司生产制造。锅炉型号SG-1025-170.5-540/540。主蒸汽额定蒸发量1025t/h、出口压力17.05MPa、出口温度540℃。锅炉型式为亚临界一次中间再热、单炉膛、四角切圆燃烧。高温过热器顺流布置，共30屏，每屏由10根管圈呈U形组成，管子材料为TP304H、T91、12Cr1MoVG。
1.2爆管情况简介
2018年2月1日10时20分,4号机组负荷升至300MW，15时35分,炉膛冒正压，吸风机动叶开度及电流增大，炉管泄漏报警，炉标高59米（大罩壳）处有严重泄漏声，机组于18时21分解列。
停机炉内检查发现高温过热器出口段从锅炉A侧数第14屏从炉后数第1根标高约59米位置的炉后侧发生开裂泄漏，泄漏部位材料为12Cr1MoVG，规格为Φ54×10mm，泄漏位置现场形貌如图1所示。开裂管段自4号锅炉1990年5月投产至2018年2月停炉检修已累计服役约19.5万小时。
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图1 开裂泄漏部位形貌示意图
2 金相及力学性能检测
2.1宏观特征
开裂管样的宏观形貌如图2所示。
从图2可见，管子外壁开裂长度约为150mm，裂口横向张开最大部位的宽度约为8mm，裂口的断裂面不平整，裂口边缘为钝边，不锋利；管样外壁存在较厚的氧化皮，裂口沿管子轴向开裂。
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图2 管样的宏观形貌
2.2化学成分分析
对过热器爆管取样，对其进行化学成分分析 。分析结果表明：管样材料与设计材料12Cr1MoVG相符，不存在错用材料。
2.3金相组织分析
在裂口张开最大位置处制取两个金相试样，编号分别为1-1、1-2，试样均为块状镶样。
2.3.1爆口位置管子横截面
图3、图4分别为爆口附近管子（近端1-1#、远端1-2#）爆口两侧（迎烟侧、背烟侧）金相组织照片。由图可知，1#试样显微组织组织为铁素体加碳化物，存在蠕变孔洞，球化5级，属严重球化，平均晶粒度为9级；2#试样显微组织为铁素体加碳化物，存在蠕变孔洞，球化5级，属严重球化，平均晶粒度为9级。
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图3 1-1 #试样金相组织
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图4 1-2 #试样金相组织
2.3常温下力学性能分析
2.3.1硬度分析
对金相试样进行维氏硬度试验，硬度试验结果表明：金相试样的管子母材硬度为118~125HB，均已低于标准要求的下限值（135HB）。
2.3.2拉伸试验
在裂口的对面侧加工2个纵向拉伸试样，进行常温拉伸试验，结果表明：管样的室温拉伸性能已不符合标准对12Cr1MoVG钢管的要求，其中1个试样的抗拉强度比标准要求下限值低了11%
2.4检测结果
2.4.1由化学分析可知，过热器管材料选用正常。
2.4.2由宏观分析可知，裂口张开不大，断裂面不平整，裂口边缘为钝边；内壁氧化皮已轴向开裂；管样胀粗明显，具有明显的长期过热宏观特征。
2.4.3由力学性能分析可知，管样的硬度已低于标准要求的下限值，开裂管样的性能劣化严重。
2.4.4由金相分析可知，裂口附近显微组织为铁素体加碳化物，球化5级，存在较多的蠕变裂纹和蠕变孔洞；这表明开裂管样微观组织老化和损伤严重。
3 爆破管超温记录
3.1壁温的控制限值
3.1.1壁温测点安装情况
该厂高过管壁温测点安装在发生爆管的高过A14-1管对应的高过出口集箱连接管上安装有编号为4的壁温测点。
3.1.2壁温控制限值的确定
据有关资料，通常同一根管其壁温炉外比炉内低30℃左右。因此，以炉外管作为壁温监测点时，应以管材强度计算壁温值减去炉内外壁温差（本文取30℃）后得到的数据作为炉外管壁温控制数据。因此，爆管管段（Φ54*9.5，12Cr1MoVG）计算壁温为580℃，炉外测点推荐控制温度约为550℃。
3.2爆管前超温情况
查阅此次爆管前高过4#壁温测点的数据，发现1月1日以来该测点壁温始终维持在550℃左右，而相邻壁温（#3及#5）测点值在500℃左右，这是该爆破管发生超温的直接证据，见图6。
4 管内氧化皮等异物检查
4.1与爆破管对应的高过进出口集箱连接管割开后对该管及高过进出口集箱进行内窥镜检查发现少量氧化皮。
4.2对高过相邻管屏A15-1下弯头割管检查发现少量氧化皮。
4.3采取RT射线对高过20屏不锈钢管下弯头进行氧化皮抽查，未见异常。
5 原因分析
5.1爆口特征分析：爆口附近有多条平行于破口的轴向裂纹，破口边缘为钝边；破口明显胀粗。
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图5 #3、4#、#5壁温测点数据
5.2超温程度分析：爆破管长期在580℃左右临界值运行。
5.3根据金相及力学性能检测结果，判定失效类型为超温蠕变失效。
综上所述，引起过热爆管的最终原因为氧化皮脱落。氧化皮脱落长期堵塞炉管后，导致蒸汽流动不畅，散热慢，管壁温度迅速升高，金属组织损伤，机械性能下降，最终发生过热爆管。
6 防范措施
运行机组以控制氧化皮快速产生和无序剥落为重点，检修机组以有效检测和全面清除为关键。
6.1.1运行机组
严格执行运行规程，控制机组的启、停和升降负荷速率，严禁超温运行，严格对管壁温测点及温度定值的监督分析。
①运行中应有效控制金属温度，确保任何工况下各管金属温度低于抗氧化许用温度。
②应严格控制停炉速度。瞬时温降速度不宜超过1℃/min，机组停运过程中不宜进行强冷，锅炉停运后的冷却也应严格按降温速率来操作，不宜超过2℃/min。
③适当加装管壁金属温度测点和监测系统，以便更有效地监测和控制炉内管壁的实际金属温度不超过上述温度范围。
④加强运行调整、燃烧调整，确保金属壁温水平和偏差在允许范围内。
⑤严格控制水汽品质。
6.1.2检修机组
①氧化皮的检查
应利用检修机会对不锈钢管弯头进行氧化物检查。检测可采用磁性测量法、射线透照法、割管检查、管外观及胀粗检查。
②氧化皮的清理
计划检修机组停机可适当采用快速停炉方式，以促使氧化皮脱落并在检修中全面清除。氧化层堆积情况严重时必须采取割管法处理，机组启动时应采取吹扫措施。
6.1.3氧化皮监督与评估
为了降低或避免启炉过程中的氧化皮剥落物堆积堵塞引起的爆管风险，建议委托专业电科院根据氧化皮生长规律，在机组计划检修时对高温受热面管子的内壁氧化皮厚度和剥落情况进行检测、评估，处理或更换高风险管段。
7 结束语
建议在检修中落实防范异物遗留管内的措施；依托科研院所及专家对高温受热面氧化皮生成、剥落机理进行研究；有针对性制定、执行一系列检修、检查及运行操作措施，避免类似事故再次发生。
参考文献
[1]华能国际电力股份有限公司.过热器管短期过热：氧化物生长和剥落，论文集.
[2]张磊、廉根宽.电站锅炉四管泄漏分析与治理.中国水利水电出版社.2009.11.
论文作者:吴晓峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/12
标签：金相论文; 试样论文; 裂口论文; 机组论文; 锅炉论文; 管壁论文; 组织论文; 《电力设备》2018年第22期论文;