锅炉屏式过热器泄露原因分析

张 虔 ，龚 巍

（1.哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150046；2.高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室（哈尔滨锅炉厂有限责任公司），黑龙江 哈尔滨 150046）

某电厂锅炉炉200 MW锅炉运行半年后屏式过热器发生爆管事故，产生泄露。屏式过热器从左向右数第二屏后屏过热器出现泄露，原始爆口在最内侧下部弯头的背弯处，然后将相邻的下部三处弯头吹损。原始爆管弯头的材质为12Cr1MoVG，规格为Φ42×5 mm。为分析屏式过热器的泄露原因，提高锅炉安全运行的机组可靠性，笔者对其进行理化检验和分析。

1 理化检验分析

1.1 宏观检验

将该屏式过热器泄露管段进行宏观检验，其原始爆口的宏观形貌图1和图2。观察爆口的宏观形貌，发现弯头爆口处外表面的裂缝比内表面长。说明弯头爆口处外表面先开裂，后向内表面扩展。

图1 原始爆口的宏观形貌

图2 原始爆口的宏观形貌

1.2 化学成分分析

采用OBLF QSN-750型直读光谱仪对泄漏样管段进行化学成分分析，由表1可知，该管段的各元素含量均满足GB/T5310-2017钢化学成分的技术要求，可排除泄漏管段材料用错的可能性。

表1 爆管弯头的化学成分

1.3 金相检验

为便于分析，将爆口端的横截面磨制和抛光后进行微观金相检验。在直管段上取2纵向金相试样，其中1#试样在远离爆口的一端，2#试样在离爆口较近的一端。在爆口处横截面上分别取3#和4#金相试样，其中3#试样在爆口处位于弯头背弯面，4#试样正对爆口位于向弯面。这4组试样为横向试样。检验结果见表2。

表2 4组金相试样微观检验结果

在金相显微镜下观察3#试样，观察从外表面向内表面，发现晶界上有蠕变孔洞，且外表面蠕变孔洞最多，中间部分居中，内表面的蠕变孔洞最少。

1.4 力学性能检验

为进行拉伸试验，将爆管弯头锯成弯管段和长约25厘米的直管段2部分，在弯头的直管段取2条条状拉伸试样进行拉伸试验，分别为5#试样和6#试样。两条状拉伸试样内外表面均带有一定厚度的氧化皮。其中5#试样未做任何处理直接进行拉伸试验。6#试样经过30%的硝酸酒精酸洗后，条状试样上部分区域内外表面的氧化皮被酸洗掉，露出金属光泽；6#试样进行拉伸试验，计算横截面面积时，壁厚方向的尺寸在露出金属光泽的区域测量。

表3 爆管弯头直管段学性能数据

从表3中可以看出，5#和6#条状拉伸试样的屈服点和断后伸长率满足GB5310-2017标准的要求，但2组拉伸试样的抗拉强度和1#金相试样换算后的抗拉强度不符合GB5310-2017标准的要求。

2 分析讨论

计算爆管弯头的内外表面的氧化率。爆管弯头直管段管子的实际壁厚按公称壁厚计算，管子的氧化率为（5.52-5）/5×100%=10.4%；爆管弯头直管段管子的实际壁厚按酸洗后内外表面都露出金属光泽的区域计算，管子的氧化率为（5.65-4.6）/4.6×100%=22.83%；从上述2组氧化率的数据，可以看出该爆管弯头氧化严重。通过爆管弯头的氧化率和运行时间推断，该爆管弯头在运行中处于长时超温状态。

爆管弯头材质为12Cr1MoVG，正常金相组织为F+P（或F+P+B）。通过显微维氏硬度试验和金相检验，可确定爆管弯头的显微组织均为铁素体加碳化物，且爆口处的显微组织中晶界处还存在大量的蠕变孔洞。上述情况说明爆管弯头的强化相组织珠光体（或珠光体+贝氏体），在运行过程中已经完全球化分解，导致其强度下降。弯头爆口位于背弯面，弯曲过程中发生拉伸减薄，在爆管弯头中属于薄弱部位，强度下降时，其最易发生爆管泄漏。通过爆管弯头的微观显微组织和运行时间，可以推断爆管弯头在运行管中处于长时超温状态，且运行温度接近相变温度（即AC1温度）。

3 结语

通过对爆管弯头进行检查分析，推断该弯头的爆管原因是弯头在运行过程中处于长时超温状态，强化相组织珠光体（或珠光体+贝氏体）在运行过程中完全球化分解，导致其强度下降；且弯曲过程中发生拉伸减薄，在爆管弯头中属于薄弱部位，强度下降时，其最易发生爆管泄漏。