摘要：某电厂机组累计运行约5400h，锅炉水冷壁冷灰斗处内螺纹管发生泄漏，泄漏管子发生明显胀粗。本文对泄漏的管子进行宏观检查、壁厚检查、化学成分分析、力学性能试验、光学显微镜检验，对其失效原因进行了分析。结果表明，水冷壁发生泄漏的原因是发生长期过热。
关键词：水冷壁；泄漏；长期过热
Failure Analysis of Water Wall of Boilers
Liu Xinxing
（State Key Laboratory of Efficient and Clean Coal-fired Utility Boilers（Harbin Boiler Company Limited），Harbin 150046，Heilongjiang Province，China）
Abstract：A power plant running around 5400h，crakes are found on the surface of a internal screw water wall tube which is around the furnace hopper.This paper analysis the reasons for the water wall tube failure with macroscopic and microscopic examination，chemical composition analysis and mechanical property.The results show that，the failure of the water wall caused by the long-term overheat.
Key word：water wall；failure；long-term overheat
0 前言
某电厂水冷壁冷灰斗处管子泄露而停机，泄漏位置位于后水冷壁翼墙上部，标高34.5m处，由炉左侧数为第29根管子存在泄漏并且管子明显胀粗。管子为内螺纹管，材质为：SA-213T12，φ33.4×5.67MWT，设计温度为448℃，设计压力为30.5MPa。本文对开裂样管进行化学分析、力学性能检验、宏观检验、金相检验和，分析出样管发生横向开裂的原因是发生了长期过热。
1检验与分析
1.1宏观检查
观察样管宏观形貌，可以发现管样外壁存在较厚的氧化皮，管子整体存在胀粗现象，开裂处胀粗严重，测量此处外径为40.5mm，外径胀粗率21.3%。爆口在向火侧且周围存在大量纵向蠕变裂纹，爆口较小，边缘粗钝，如图1~图3所示。
图1 管样宏观照片
样管靠近爆口处和距离爆口130mm处的向火侧均存在减薄，管原壁厚约7.0mm，爆口附近向火侧壁厚最薄处为3.0mm，壁厚减薄率为57.1%；距离爆口130mm处向火侧壁厚最薄处为5.0mm，壁厚减薄率为28.6%，如图2、图3所示。
图2靠近开裂处横截面宏观形貌 图3 距离开裂130mm处横截面宏观形貌
1.2化学成分分析
在样管上截取一段长约60mm的管段，用OBLF QSN750直读光谱仪进行化学成份分析，分析结果见表1。
表1化学成分分析（wt%）
1.3力学性能试验
在样管向火侧及背火侧截取纵向条状拉伸试样，通过WDW-300E电子万能试验机对拉伸试样进行室温拉伸试验，样管背火侧的力学性能符合ASME SA -213/ SA -213M对T12的要求，向火侧的力学性能不符合ASME SA -213/ SA -213M对T12的要求试验结果见表2。
表2 室温拉伸试验结果
1.4 光学显微镜检验
对样管开裂处附近及距离开裂处130mm处向火侧与背火侧非别进行微观金相检测，样管背火侧的金相组织与晶粒度符合ASME SA -213/ SA -213M对T12的要求，向火侧的金相组织为T12的两相区组织，其组织形貌图见图4所示，组织及晶粒度检测结果如表3所示。
图4 样管金相组织
表3 金相检测结果
2结果分析
1）水冷壁管背火侧的化学成分、力学性能、晶粒度均符合ASME SA -213/ SA -213M对T12的要求，背火侧金相组织为铁素体+珠光体，为T12的正常组织，未发生珠光体球化（老化）现象。
2）水冷壁管管样向火侧靠近爆口处和距离爆口130mm处的金相组织均为两相区组织，证明样管向火侧存在超温运行过程，且超温温度进入T12的两相区（Ac1~Ac3之间），组织转变为奥氏体+先析铁素体，使管材的强度降至很低，而塑性韧性很高，由于管内压力较大，此时水冷壁管会在管内压力的作用下发生胀粗、变形，直至发生撕裂[1]。爆管后，管内介质大量喷出，停炉冷却后，先析铁素体保留下来，奥氏体转化为铁素体加珠光体的两相区组织。
3）样管外壁存在氧化皮，爆口在向火侧，为纵向开裂，爆口较小，边缘粗钝，爆口附近存在大量纵向蠕变裂纹，背火侧未发现裂纹。管样向火侧整体存在胀粗现象，爆口处胀粗严重，背火侧未发现明显变形减薄现象。根据管样的变形及爆口特点可推断向火侧在运行过程中处于长期超温状态，而不是短期超温[2]。
4）管材长期超温运行时，其力学性能大幅度下降，在内部工质压力的作用下，管子胀粗，外径不断增大，壁厚不断减薄，同时，超温运行会加速管材在腐蚀介质下的高温氧化，使管子内、外壁均覆盖较厚的氧化层，使得实际用于承载的壁厚不断减薄。根据薄壁压力容器环向应力公式σ=PD/2t可知，这些因素都会导致管道所受的实际环向应力增大，甚至超过设计工况的安全许用应力，使管材向火侧外表面萌生纵向的蠕变裂纹，最终使管材发生过载撕裂[3]。
3结论
水冷壁管段处于长期超温状态，导致管壁高温屈服强度、持久强度降低，蠕变速度加快，进而发生管壁胀粗，向火侧壁厚减薄，在向火侧管子外表面萌生纵向的蠕变裂纹，裂纹扩展导致最终炉管破裂。
参考文献：
[1]殷尊.超超临界1000MW机组锅炉锅炉水冷壁管爆管原因分析[J].热力发电，2013，42（7）：92-96.
[2]湖南省电机工程协会.火力发电厂锅炉受热面失效分析与防护[M].中国电力出版社，2004：43-44.
[3]窦莹婷等.过热器炉管爆管原因分析[J].材料工程，2014，11（4）：12-16.
论文作者:刘新星
论文发表刊物:《电力设备》2018年第5期
论文发表时间:2018/6/21
标签：金相论文; 水冷论文; 组织论文; 发生论文; 裂纹论文; 纵向论文; 珠光体论文; 《电力设备》2018年第5期论文;