（广东珠海金湾发电有限公司 广东珠海 519000）
摘要：针对某厂锅炉高温再热器爆管事故，进行了金相试验，拉伸试验，硬度试验，晶间腐蚀试验，断口电镜试验等一系列试验与分析，最终确定爆管形式为应力腐蚀开裂，产生原因是弯管工艺不当、存在一定程度的超温运行及蒸汽中含有微量[Cl-]。对此应对措施：扩大检查，更换型变量较大的弯头并严控运行温度及蒸汽中[Cl-]含量来保证锅炉安全运行。
关键词：电力；锅炉；爆管；高温再热器
Cause Analysis of Tube-burst on High-temperature Reheater of Boiler Equipped for 1913 T/H
LvXinle，LuoJiangyong，BianPengfei，FuBin
（Guaongdong Zhuhai Jinwan Power Co Ltd，Guangdong Zhuhai 519000，China）
Abstract：For a power plant boiler high temperature reheater tube rupture，a series of tests，such as metallurgical test，tensile test，hardness test，intergranular corrosion test，the fracture electron microscopy test，had been done，and ultimately determine the form of a burst pipe is stress corrosion cracking，the reason is that the improper bending process，there is a degree of over-temperature operation and the steam contain trace amounts of [Cl-].Response measures are：to expand the inspection，replace the variable larger elbow and strictly control the operating temperature and steam [Cl-] content.
Key words：electricity；boiler；squib；high-temperature reheater
引言
随着我国电力行业的发展，一段时期内高参数大容量机组扩充迅速。正因为此，在技术引进制造及使用过程中的一些疏忽难免会产生一些安全隐患，如前几年的国产超（超）临界机组爆管频发。很多爆管原因都已经找到并得以解决，如，氧化皮堵塞、管材选用等级偏低、腐蚀、磨损等原因引起的爆管。
目前公开发表的关于爆管的论文中多数是关于以上题材研究。而应力腐蚀导致爆管的报道较少，对应力腐蚀原因深入分析的论文就更少。
笔者对某电厂600MW锅炉末再某次爆管进行试验研究，发现爆管原因为应力腐蚀，并进一步分析找到应力腐蚀产生的原因并给出应对建议。
1.设备概况
某厂600MW超临界机组，锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式。末级再热器布置于炉膛鼻子上方，与烟气成顺流布置，共33片，沿炉膛宽度均布。每片受热面有18根管子组成，总计有594根管子。管子规格和材质分别为￠63.5，SA-213T23，T91，TP347H。
#3锅炉四管泄露报警，经锅炉专业现场判断确认炉管泄露，停炉后检查发现末级再热器爆管。爆管位置为末再左数第5屏第4条管（材质为：TP347H，规格为：￠63.5×3.76㎜，累计运行时间30244小时），爆口处于炉前侧弯头中性面，裂纹长度约为100㎜，沿管纵向分布，呈直线状，爆口开口较小，边缘无明显减薄特征，爆口位置无明显胀粗，脆性开裂特征明显（见图1），弯管位置处有少量纵向划痕特征，但爆口主裂纹头部及尾部无划痕迹象，另外结合主断口电镜观察发现裂纹从内壁启裂（见下文2.6），故排除划痕导致外壁开裂。弯头爆管处横向截面近似为不规则方形，爆口位于方形的棱角处。（见图2）
[2] 表6 中给出的是最低热处理温度。本规范推荐热处理温度应该高于此最低温度，但不要超出150℉（347、347H、348 和348H 不要超出250℉）。
在下列情况下应进行热处理：
（a）最终加工温度低于表1 给出的最低热处理温度，并且：
（b）部件的设计金属温度、同时加工应变超过了表6给出的值。
对该弯管部位进行形变量计算，该部位弯曲半径为190.5㎜，再热器的设计规格为￠63.5×3.76 ㎜，则变形量为16.7%，已超过运行温度538℃~677℃（>15%）、运行温度大于677℃（大于10%）下进行固溶处理要求的变形量。【5】
3.爆管原因与建议
对该末再左数第5屏第4条管弯头爆管的宏观、微观分析结果表明：开裂裂纹为由内壁产生的沿晶裂纹，裂纹内无氧化腐蚀产物，且裂纹具有多源特性，爆口为脆性开裂，上述裂纹特征具有应力腐蚀开裂特点。【9】产生原因分析如下：
（1）弯管形变量为16.7%，超过ASME 标准“PG-19 奥氏体材料的冷加工”在579~677℃区间15%形变量的控制要求，且标准中规定当使用温度越高时，允许的变形量越低，管壁金属温度达到677℃时，允许的加工变形量为10%；标准规定【5】，当形变量超出上述要求应进行相应的固溶处理。若未进行弯管后的固溶去应力处理，弯曲残余应力高于允许值。结合金相、硬度分析结果表明，该弯管部位存在大量的形变孪晶，具有较高的硬度值，形变强化特征显著，弯管后未进行固溶处理，也表明弯管部位存在较高的残余应力。另外弯管部位解剖样宏观特征表明该部位弯管成形性较差，易在弯管局部位置形成应力集中效应。
（2）末再管高温长时后，在直管、弯管均出现了较厚的氧化皮，其中弯管部位氧化皮厚度达到了239um。爆口所在的弯曲角位于炉前侧弯头，所处的烟气温度较高（1100℃），若内壁氧化皮较厚时则阻碍了管壁传热，造成局部管段温度过高。【10】金相结果表明，直管、弯管部位存在一定程度的超温，弯管部位晶界有第二相析出，导致晶界附近区域出现电位差，材料局部应力腐蚀开裂敏感性增大。【9】
（3）应力腐蚀是在拉应力和腐蚀环境的联合作用下引起的一种腐蚀破坏过程。敏感的合金（材料因素）、特定的介质（环境因素）和静的拉伸应力（力学因素）是构成不锈钢产生应力腐蚀的基本条件。敏感的合金是指在一些介质中对应力腐蚀敏感的具有一定化学成分和组织结构的这类不锈钢合金【11】，材质TP347H在较高温度运行下则应力腐蚀开裂敏感性增大。静的拉伸应力主要来自冷加工的残余应力，通过形变量的计算以及弯头形变孪晶特征均表明，弯头部位存在一定的残余应力。特定的介质是指对某一敏感合金而言，必须有特定的腐蚀介质与其匹配。TP347H类钢对[Cl-]较为敏感。
分析结果：该弯管在运行工况下，由于末再第5屏第4条管弯管部位存在着弯管工艺不当形成的残余应力，一定程度的超温运行提高了材质应力腐蚀开裂的敏感性，若一旦蒸汽中有[Cl-]存在（即使[Cl-]极微量），弯头部位即具备了应力腐蚀开裂三个基本条件，在局部应力集中的部位形成晶间微裂纹，裂纹由内壁产生，沿晶开裂至外壁，最终形成无塑性特征的纵向爆口。
建议：
（1）由于开裂裂纹为晶间微裂纹，且由管子内壁起裂，现场无有效的无损探伤手段。对于目前的运行管，为防止进一步的开裂发生，可采用磁记忆方法和奥氏体不锈钢内壁氧化层测量方法，对弯头部位进行检验，选取残余应力较大、氧化层较厚的部位进行割管金相裂纹检验。
（2）从长期应用考虑，对形变量较大的弯头作好换管准备，更换准则和弯头加工执行ASME 《锅炉和压力容器规范第1卷--动力锅炉建造规范》中“PG-19奥氏体材料的冷加工”一节相关规定。尤其对于温度达到677℃的管子，控制形变量为10%。
（3）严格控制运行温度，避免管壁温度过高导致的氧化皮加速生成。
（4）控制蒸汽中[Cl-]，避免诱使应力腐蚀开裂环境因素的形成。
4.结论
通过以上试验就分析得出以下结论：本次末再爆管为应力腐蚀开裂，产生原因是：一、弯管部位存在着弯管工艺不当形成的残余应力，二、存在一定程度的超温运行，三、蒸汽中含有微量的[Cl-]三者共同作用的结果。
参考文献：
[1]JB/T 1611-1993《锅炉管子制造技术条件》[S]
[2]DL/T 438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》[S]
[3]GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》[S]
[4]GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》[S]
[5]ASME BPV Code Section I--Rules for Construction of Power Boiler[S]
[6]GB/T 230.1-2009《金属维氏硬度试验第1部分试验方法》[S]
[7]GB/T 4334-2008《金属和合金的腐蚀不锈钢晶间腐蚀试验方法》[S]
[8]JY/T 010-1996《分析型扫描电子显微镜方法通则》[S]
[9]北京科技大学 朱日彰等《金属腐蚀学》[M] 冶金工业出版社
[10]赵镇南 主编《传热学》[M] 高等教育出版社
[11]北京钢铁学院 章守华等《合金钢》[M] 冶金工业出版社
论文作者:吕新乐,罗江勇,边鹏飞,傅斌
论文发表刊物:《河南电力》2018年4期
论文发表时间:2018/8/20
标签：应力论文; 裂纹论文; 弯管论文; 弯头论文; 部位论文; 温度论文; 锅炉论文; 《河南电力》2018年4期论文;