超临界锅炉水冷壁管泄漏原因分析

某电站锅炉为日本三菱重工生产制造的600MW超临界萃取直流电加热炉,选用双切圆点燃、固体排渣、一次正中间再热、均衡自然通风、全钢架结构悬吊训练构造π型布局。2020年3月加热炉折烟角部位水冷壁产生泄漏安全事故,泄漏部位坐落于折焰角陡坡与水准段相接的弯管位置(图1)。该位置水冷壁管设计方案材料为ASME SA-213 T12,设计方案规格型号φ28.6×5.6mm,设计方案溫度505℃,最大容许工作压力33.4MPa。该加热炉自2002年11月运作建成投产,至泄漏事情产生总计运作约11.五万钟头。经当场勘测发觉泄漏部位周边地区存有显著的波动形变状况(图2),较大 形变量约65mm,且该地区存有3处水冷壁鳍片裂纹,裂纹长短均有1.4米。为搜索水冷壁管的泄漏缘故以避免 相近事情再发,对泄漏水冷壁管割管抽样开展了实验剖析。

1 理化检测

宏观经济查验。见图3,泄漏部位坐落于水准段和陡坡段联接的弯头向火面管道与鳍片联接的纵焊接熔合区,呈狭小的竖向长裂口,裂口长短约700㎜。裂口部位管段末见显著的胀粗或薄化,裂口边沿呈钝边。管道裂开后对附近管段导致了吹损。

成分剖析。泄漏管段抽样成分与指标值結果(wt%)各自为:C。0.12、0.05～0.15;Si。0.15、≤0.50;Mn。0.53、0.30～0.61;P。0.009、≤0.025;S。0.003、≤0.015;Cr。0.89、0.80～1.25;Mo。0.54、0.44～0.65,其成份合乎ASME SA-213对T12无缝钢管成分规定。

物理性能检测。为各自泄漏管抽样拉申特性及硬度标准結果,表格中与此同时列举了ASME对SA-213 T12无缝钢管室内温度及高溫(400℃)拉申特性、强度规定。結果由此可见,其室内温度及高溫(400℃)拉申特性和强度值均达到以上规范规定 拉申特性检验結果 导出来到EXCEL

实验溫度 Rm(MPa) Rp0.2/Rel/(MPa) A(%)

泄漏管 室内温度 481 344 30.0

400℃ 432 276 28.5

指标值 室内温度 ≥415 ≥220 ≥26

400℃ — ≥161 —

表2 硬度标准結果 导出来到EXCEL

检测部位 强度值/HV10 均值/ HV10

裂口处 向火面 146 145 145 145

背火面 147 148 146 147

避开裂口 向火面 144 142 143 143

背火面 146 147 147 147

指标值 ≤163HB或≤170HV

金相检验。图4、5为泄漏管抽样金相检验相片,泄漏部位向火面和背火面机构均为金相组织 铁素体,机构灰铸铁等级比较轻度,参照DL/T 787-2001《火电厂用15CrMo钢珠光体球化评级标准》,其灰铸铁等级均归属于2级(选择性灰铸铁);裂口横截面抽样(图6)表明裂口表层有偏厚的氧化皮遮盖,裂口边沿晶体无显著的塑性形变。在裂口一端抽样(图7)可见到裂纹从熔合区启裂,向管道内腔侧拓展。在泄漏管的另一侧鳍片焊接熔合区(图8)及其邻近管道的鳍片焊接熔合区(图9)也都发觉有从焊接熔合区向管道内腔拓展的微裂纹。以上裂纹形状基本一致,裂纹竖直呈穿晶破裂,裂纹內部充斥着氧化皮。

2 泄漏根本原因

泄漏管段成分、物理性能均达到有关规范规定,可清除材料不过关造成 泄漏的很有可能。管道各不一样部位抽样向火面和背火面合金成分为金相组织 铁素体,机构仅发生轻微的铁素体灰铸铁,说明管段不会有长时超温[1]。泄漏部位管道无显著的胀粗或薄化,泄漏口呈狭小的缝隙,缝隙边沿壁呈钝边,该特点不符短时间超温爆裂的特点[2],因而也可清除短时间超温爆裂的很有可能。泄漏部位除有氧化皮外,裂口表层及周边壁厚末见有出现异常的浸蚀印痕,可清除浸蚀泄漏的很有可能。对泄漏部位宏观经济查验也未发觉显著的宏观经济铸造缺陷,且管道运作時间较长,因而也基本上能够清除电焊焊接的要素。

Cr-Mo钢自身具备一定的再热裂纹趋向[3],再热裂纹通常沿电焊焊接热危害区的粗晶区呈沿晶拓展,裂纹迈向比较坎坷[4]。金相检验时发觉,泄漏管裂纹一端部抽样、泄漏管另一侧鳍片焊接抽样,及其与泄漏管邻近的管道鳍片焊接抽样均存有裂纹,裂纹比较竖直,呈穿晶拓展。以上裂纹特点不符再热裂纹的典型性特点,且热危害区粗晶区也未发觉粗壮的淬硬奥氏体,因而也可清除再热裂纹造成 泄漏的很有可能。

泄漏部位的横断面比较整平,无显著的塑性形变;泄漏部位周边的鳍片与原材质电焊焊接熔合区及热危害区裂纹均为穿晶裂纹,裂纹在焊接表层地应力相对性集中化的熔合区启裂,向管道内腔侧拓展且裂纹总体比较竖直。以上特点与疲惫破裂的典型性特点比较相符合[5],但断裂面表层在高溫下空气氧化比较严重,无法观查到与疲惫有关的疲惫杂带等外部经济特点。基本判断管道的裂开特性很有可能为疲惫裂开。

此次泄漏部位处在炉内出入口,而炉内出入口通常存有烟尘转动残留造成 各管屏间烟尘溫度和烟尘流动速度遍布不均匀状况[6]。这类温度梯度的起伏温度差与管中物质总流量不配对的状况下及其邻近管道温度场过大时,会对水冷壁管排造成额外内应力,尤其是在低负载工作状况下管中物质总流量不够产生的温度差地应力更加显著。与此同时,管屏中间因为遇热不均匀而造成 澎涨量不一样也会造成管屏间的构造地应力,该地区水冷壁管存有显著波动形变便是证明。与此同时在运作全过程中随炉内溫度的转变管道自身金属材料壁温也会发生更替转变,特别是在加热炉起停环节这类转变更加显著。水冷壁管鳍片焊接恰好是长期性在以上内应力和额外的构造地应力的综合性功效下造成塑性形变的积累损害而造成疲惫裂纹。

综上所述剖析觉得,此次泄漏管道沿母管与焊接熔合区产生的竖向长裂口是因水冷壁管存有长期性的内应力和额外的构造地应力的综合性功效下造成的疲惫裂开。除此之外该水冷壁管经较小,鳍片窄小,二者电焊焊接时免不了存有部分电焊焊接成形欠佳、圆润衔接不佳等状况,也是加重应力的要素之一。

3 结果及对策

根据以上物理化学特性检测及综合分析看得出:泄漏水冷壁管成分及物理性能等材料品质符合规定规定,管道也不会有长时超温、短时间超温或表面高溫浸蚀的状况;水冷壁管的泄漏缘故为长期性的溫度不均匀造成的内应力和额外构造地应力综合性地应力功效下造成的电焊焊接熔合区的疲惫裂开,鳍片与母管电焊焊接熔合区衔接不圆润也推动了疲惫裂纹的产生和拓展。依据之上剖析结果可采用下列对策以避免 事情再发:汇总在起停环节和低负载工作状况下壁厚溫度误差规律性,慢慢探索出相对应调节方式。与此同时严格控制过热过压运作,运作中如发生过热过压状况立即搞好纪录,便于为安全事故剖析给予靠谱的初始根据;事后提升对该地区水冷壁管鳍片焊接的查验幅度,对该地区的鳍片焊接所有开展磁粉检测,一经发现裂纹马上拆换解决。