关于某锅炉水冷壁管爆管的失效分析

曹海兵，刘世刚

（1.中广核工程有限公司设备采购与成套中心，广东深圳518124；2.国电科学技术研究院，湖北武汉430000）

关于某锅炉水冷壁管爆管的失效分析

曹海兵1，刘世刚2

（1.中广核工程有限公司设备采购与成套中心，广东深圳518124；2.国电科学技术研究院，湖北武汉430000）

在火力发电厂中，水冷壁爆管现象时有发生，对发电机组造成很大的影响，也给业主单位造成很大的经济损失。采用宏观检查、金相显微组织分析、显微硬度测试等方法，对某电厂一超超临界锅炉水冷壁爆管原因进行了调查分析。分析结果表明：这次爆管是由于水冷壁向火侧局部严重超温造成的。给后续类似工程问题的分析提供了参考。

超超临界锅炉；水冷壁；爆管；失效分析

某火力发电厂一新建炉为超临界参数660 MW直流锅炉，在进行168试验时，现场出现泄漏现象。经检查发现，泄漏位于锅炉左侧水冷壁50 m左右位置吹灰器孔弯头下方。机组继续运行，停机后对泄漏位置进行检查，发现4个爆口。位于锅炉的左侧，从前往后数第210根水冷壁管。对该管（Φ31.8×8.5 mm，15CrMo）取样进行分析，取样点宏观形貌如图1所示。

图1　爆口管段宏观照片及取样位置图

1　爆管的宏观检查

经对爆管进行宏观检查，在管的向火侧发现爆口，外观观察到有明显氧化膜，断口出现撕裂状。对爆口进行测量，爆口长约10 mm，宽约1.5 mm；胀粗直径最大值约41 mm.经计算，胀粗量为27.6%，管子胀粗明显［1］。

从图2可见，爆口两端截面的椭圆度较大，爆口处的管壁壁厚明显减薄。以爆口为基准，管样距离较近的定为近端，距离较远的定为远端。经过测量，近端和远端的管径、壁厚最大值、壁厚最小值分别为34.1 mm/32.7 mm、8.8 mm/8.3 mm、6.4 mm/6.9 mm.

图2　爆口管样两端及横截面图片

2　爆管的微观检查

为进一步分析爆管的具体原因，切割管段，选取试样进行微观检查分析。选取4个样品，取样位置见图1所示。经切割、镶嵌、磨样、抛光并用4%硝酸酒精腐蚀，在DMI-3000M型金相显微镜上进行金相组织观察［2］。

2.1样品1

样品1是爆口横截面，金相组织为铁素体+珠光体+贝氏体，观察发现该截面的晶粒沿壁厚减薄方向有明显拉长。测量发现，内部氧化膜最大厚度约113 μm（见图3）。爆口尖端截面有连接成微裂纹的蠕变孔洞，最长一条约109 μm（见图4）。

图3　爆口横截面的内壁氧化膜

图4　爆口尖端横截面的组织形貌

2.2样品2

样品2是爆口纵截面，金相组织为铁素体+珠光体+贝氏体，观察发现晶粒存在变形，如图5所示。截面内壁氧化膜最大厚度约210 μm，如图6所示。

图5　爆口纵截面组织形貌

图6　爆口纵截面内壁氧化膜

2.3样品3

样品3是爆口的背火侧横截面，心部金相组织为铁素体+回火贝氏体（图7）。内壁氧化膜最大厚度约70 μm（图8）。

图7　爆口背火侧横截面形貌

图8　爆口背火侧横截面内壁氧化膜

2.4样品4

在距爆口边界约138 mm位置的向火侧横截面选取样品4，金相观察显示可看出心部金相组织为铁素体+回火贝氏体（图9）。内壁氧化膜最大厚度约103 μm（图10），表层金相组织：铁素体+珠光体。

图10　向火侧横截面内壁氧化膜

3　样品显微硬度测试

在Wolpert 401MVD型维氏硬度计上对样品3和样品4进行显微硬度测试（载荷200 g，保荷10 s），结果如表1所示［3］。由表1可以看出，样品3和样品4的硬度值均标准的控制范围内。

*DL/T 438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》。

4　结束语

综合上述分析结果，可以得出：

（1）这次爆管的主要原因，是水冷壁向火侧局部严重超温。

（2）管段爆管位置向火侧出现明显的胀粗，一是因为向火侧超温严重，二是因为向火侧可自由膨胀。

（3）在爆口尖端附近发现较多蠕变裂纹，而在其他位置的试样上均未发现，这表明蠕变孔洞应是爆管后未停机，继续运行造成的。

［1］冯文吉，耿进锋．电站锅炉水冷壁爆管失效分析［J］．金属热处理，2009，（6）：104-107．

［2］胡平，林介东，钟万里，等．沙角C电厂3号锅炉水冷壁管爆管原因分析［J］．广东电力，2005，（1）：55-58．

［3］林少文，胡平，钟万里，等．广州发电厂5号锅炉水冷壁爆管原因分析［J］．广东电力，2002，（3）：24-27.

Failure Analysis on the Tube Bursting of Water Wall Tube of Boiler

CAO Hai-bing1，LIU Shi-gang2
（1.Business Sourcing Subdivision China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd，Shenzhen Guangdong 518124，China；2.Guodian Science and Technology Reaearch Institute，Wuhan Hubei 43000，China）

Tube bursting occurs frequently in thermal power plant，which makes great effect on generator units and huge economic damage for the owner.The use of macro-examination，metallographic microstructure analysis and hardness testing methods，the reason of the tube bursting of water wall tube used in an ultra supercritical boiler of a power plant was analyzed.The results show that the bursting is due to the fire side of water wall tube is severe local overheating.This analysis could give a reference to similar problem.

ultra-supercritical boiler；water wall tube；tube bursting；failure analysis

TK228

A

1672-545X（2016）08-0208-03

2016-05-11

曹海兵（1984-），男，广东韶关人，工程师，工学硕士，从事核电设备质量管理。