锅炉低温再热器悬吊管泄漏原因分析

锅炉低温再热器悬吊管泄漏原因分析

申雷饶立文魏力民史丹李金明

（哈尔滨锅炉厂有限责任公司黑龙江省150046）

摘要：某电厂350MW机组在运行9000小时后停炉检查时发现上部水平低温再热器悬吊管发生爆管，经现场勘查发现炉右数第30根悬吊管发生爆管，呈喇叭口状爆口，另有部分悬吊管发生严重胀粗并泄漏。三根样管泄漏位置标高均为49m左右，管子材质均为12Cr1MoVG，规格为Φ51×9mm。为分析泄漏原因，选取三根样管利用布氏硬度计、万能材料试验机、直读光谱仪、及金相显微镜进行了如下检验分析工作。

关键词：再热器；悬吊管；胀粗；泄漏

1化学成分分析

采用OBLFQSN750直读光谱仪对样品进行化学成分分析，经分析样管化学成分符合GB5310对12Cr1MoVG钢种的要求，分析结果如下。

2力学性能检测

2.1拉伸试验结果：采用万能拉伸试验机，进行常温拉伸检测，其屈服强度为305MPa、抗拉强度为429MPa，断后伸长率为33.0%。样品的抗拉强度低于GB5310对12Cr1MoVG钢种的要求。

2.2硬度试验结果：采用布氏硬度计分别对金相试样进行布氏硬度检测，检测结果如下。

3宏观检查

3.11号样管爆口宏观检查及尺寸测量

从1号样管爆口位置俯视图可见：爆口为纵向的喇叭口，测量开口尺寸为65.5×26.2mm，胀粗量最大位置外径为67.5mm，最大胀粗量约为32%；爆口边缘管壁减薄，较为尖锐，最薄处约为1.80mm。爆口两侧胀粗严重位置存在较多的蠕胀裂纹，由于胀粗量较大，管子爆口附近大部分位置外壁氧化皮已脱落，爆口两侧外壁存在较厚的黑亮氧化皮，利用千分尺测量脱落的氧化皮厚度约为0.30mm。爆口位置具体形貌见图3。

观察1号样管爆口的侧视图可见，由于泄漏后蒸汽的反作用力导致管子弯曲约15°，为了解管子不同位置胀粗蠕变的情况，对管子不同位置外径进行测量，发现最大外径为67.5mm。

3.22号样管泄漏位置宏观检查及尺寸测量

观察2号样管爆口位置俯视图可见：爆口为纵向的细长蠕变裂口，测量开口长度为20.5mm，泄漏点附近最小壁厚1.80mm，胀粗量最大位置外径为61.0mm，最大胀粗量约为17%（实测原始外径为52mm。管子外壁存在大量黑亮氧化皮，爆口两侧部分氧化皮呈光亮的蓝黑色，爆口两侧总长共220mm范围内存在较多的蠕胀裂纹，部分区域氧化皮由于胀粗变形而脱落，测量脱落的氧化皮厚度约为0.32mm。

3.33号样管爆口为纵向的细长蠕变裂口，泄漏位置开口长度为15mm，胀粗量最大位置外径为60.5mm，氧化皮形貌及厚度与2号样管基本一致。

4金相组织分析

4.11号样管金相组织分析

观察1号样管远离爆口处试样金相组织，为铁素体+沿晶碳化物+回火索氏体，晶粒未见变形，平均晶粒度为7级。通过更高倍数观察该试样发现其珠光体区域内的碳化物已大部分分布在铁素体晶界上，仅有极少量的珠光体（贝氏体）区域痕迹，按DL/T773-2001《火电厂用12Cr1MoV钢球化评级标准》评级其球化级别为3.5级。

观察1号样管爆口处环状试样金相组织，其爆口尖端位置晶粒存在明显的变形，晶粒最大变形长宽比约为7:1，内部存在较多的蠕变孔洞，组织为铁素体+沿晶碳化物，球化级别为4级。

观察1号样管环状试样爆口背面位置，其金相组织为铁素体+碳化物+少量回火索氏体，平均晶粒度为7级，晶粒未见明显变形，球化级别为3.5级。

4.22号样管金相组织分析：

观察2号样管远离泄漏点处对比试样，其金相组织为铁素体+回火索氏体+沿晶碳化物，晶粒未见明显变形，平均晶粒度为7级，球化级别为3.5级。2号样管靠近泄漏点处试样，其金相组织为铁素体+沿晶碳化物+少量回火索氏体，晶粒未见明显变形，平均晶粒度为7级，球化级别为4级。

观察2号样管爆口处环状试样金相组织，其爆口尖端位置晶粒存在明显的变形，晶粒最大变形长宽比约为5:1，内部存在大量的蠕变孔洞，组织为铁素体+沿晶碳化物，球化级别为5级。2号样管环状试样泄漏点背面位置，其金相组织为铁素体+沿晶碳化物+少量回火索氏体，平均晶粒度为7级，内部存在少量的蠕变孔洞，晶粒未见明显变形，球化级别为4级。内外壁氧化皮厚度测量：

利用体式显微镜测量1号样管试样内外壁未脱落的氧化皮厚度，其内壁氧化皮最大厚度约为0.16mm，外壁最大厚度约为0.29mm。

对2号样管环状试样内外壁未脱落的氧化皮进行微观厚度测量，其内壁氧化皮最大厚度约为0.15mm，外壁最大厚度约为0.28mm。

5讨论分析

5.1通过试样成分分析结果可知，1号和2号样管的化学成分符合GB5310标准对12Cr1MoVG钢种的要求。

5.2通过对1号和2号样管的宏观检查及测量发现，两根样管内外壁氧化皮厚度基本一致，但1号样管由于变形量较大，外壁氧化皮大部分已脱落。两根管子泄漏点位置最小壁厚均为1.80mm，爆口附近存在较多的纵向蠕变裂纹。该锅炉正式投运仅17天，由运行时间、氧化皮厚度和泄漏点形貌综合推断两根样管都曾较长时间处于超温状态。

5.3通过对1号和2号样管的微观组织观察发现，两根样管的不同区域均存在较为严重的珠光体分解球化现象，按DL/T773-2001《火电厂用12Cr1MoV钢球化评级标准》评级最低球化级别为3.5级，最高已达5级，泄漏点附近存在较多的蠕变孔洞。2号样管1617-6拉伸试样的检测结果中抗拉强度（429MPa）低于GB5310标准要求的下限值（470MPa），各位置硬度值偏低。微观组织和力学性能检测结果同样表明1号和2号样管曾较长时间处于超温状态。

5.4根据样管球化等级推断锅炉运行期间管子温度曾超过12Cr1MoVG材质的AC1温度（约770℃），远高于12Cr1MoVG材质最高允许使用温度（570℃）；两根样管泄漏点位置铁素体晶粒均存在明显的变形，由铁素体变形未恢复可推断管子温度未超过12Cr1MoVG材质的AC3温度（约880℃）。

5.5综合以上结果分析，1号和2号样管泄漏的原因为管子较长时间处于超温状态，管子内部所受应力超过该温度下12Cr1MoVG材质的屈服强度，管子发生胀粗、外壁逐渐减薄，最终导致开裂爆管。

6结论

6.112Cr1MoVG管段爆管样品的化学成分、平均晶粒度均符合GB5310-2008标准中对12Cr1MoVG材质的要求。

6.212Cr1MoVG管段发生爆管的原因为管子经历了较长时间的超温运行。超温导致氧化皮增厚管壁减薄，管子传热条件恶化，管子组织严重球化，力学性能下降，超过承压极限而爆管。推断导致该支管子局部过热的原因为该支管子内部某位置发生堵塞等情况，使管子内工质流通不畅引发传热恶化，管子在较短时间内加热到较高温度，从而发生过热。