4.-国华盘电--1炉过热器爆管分析及处理

信智恒久动力生活国华盘电公司#1炉高温过热器爆管分析报告2015.05.22信智恒久动力生活国华盘电公司#1炉高温过热器爆管分析报告一、设备概况二、高温过热器爆管经过及处理三、爆管原因分析四、分析结论及后续措置信智恒久动力生活一、设备概况：1、天津国华盘山发电有限责任公司安装有两台俄制ΠΠ-1650-25-545KT（Π-76）型直流超临界锅炉，单机容量500MW（已增容为530MW）。1995年12月和1996年6月相继投产运营。锅炉为单炉体结构，“T”型布置，炉膛两侧布置两个对流竖井和锅炉两侧水平烟道相连。炉膛为矩形，尺寸为23.08×13.864m，整体受热面悬挂在标高为86.5m的钢结构上，锅炉为对冲式旋流燃烧。锅炉水冷壁为垂直往复上升布置，水冷壁管材质为12Cr1MoV，规格为Φ32*6mm。锅炉燃烧室上部和水平烟道内，沿烟气流程分别布置了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级屏式过热器，高温段再热器，高温段对流过热器。锅炉对流竖井烟道内，沿烟气流程布置了由省煤器悬吊蛇形管固定的低温再热器和省煤器受热面管束。Ⅰ级屏过材质为12Cr1MoV，Ⅱ级屏过、Ⅲ级屏过、高温过热器、高温再热器材质为12Cr18Ni12Ti，过热器管规格为Φ32*6mm。锅炉原设计为山西晋北烟煤，后改烧神华煤及掺烧准格尔煤。信智恒久动力生活锅炉水平烟道受热面布置图信智恒久动力生活二、高温过热器爆管经过及处理：1、事件经过：2015年3月8日10：19运行值班员发现#1锅炉四管泄漏报警，就地锅炉57米有泄漏声。向调度申请停备、检查，18:58调度令#1机组停备。停机后检查发现泄漏点为乙侧距炉顶1米处高温过热器第58排第6根泄漏，实地检查爆口边缘不规则、无明显减薄，爆口附近无明显涨粗。信智恒久动力生活二、高温过热器爆管经过及处理：2、处理情况：1）将爆口及相邻高温过热器管取样送中国特检院的金相检验。2）对屏3、高过、高再的全部下弯头进行了氧化皮检测，未见氧化皮堆积的现象。3）对爆管所在联箱内部进行了内窥镜检查，内部清洁，无异物。4）对过热器及再热器蒸汽吹灰及飞灰吹损减薄情况进行了检查，未见吹损减薄的情况。5）查阅历史记录，高温过热器出口壁温测点无超温和温度升高现象。信智恒久动力生活三、爆管原因分析：1、设备检修及运行情况：1）过热器壁温记录、超压记录等，均未发现超温、超压情况。2）该锅炉的受热面设备检修台帐，发生爆管的高温过热器没有进行过修理改造及变更。3）高温过热器管发生过防磨瓦翻转脱落或移位，已进行防磨瓦更换处理，其他无异常。4）进行过氧化皮检测，未发现氧化皮大面积脱落和沉积现象。5）检查未发现因蒸汽吹灰或飞灰磨损问题。信智恒久动力生活三、爆管原因分析：2、爆口宏观检查情况：1）为高温过热器原始首爆口（管排58-6）的宏观形貌，爆口长约24cm，宽约2.5cm；2）除爆口部位外，整个管子无明显胀粗及变形；3）爆口张开不大，呈喇叭状；4）爆口边缘无明显减薄现象，断裂面较粗糙；5）管子内外表面无明显肉眼可见的氧化皮及腐蚀产物；6）在爆口外表面可见与轴向平行的裂纹，裂纹较细并呈线状（轴向）分布，管子内壁未发现肉眼可见裂纹。轴向裂纹信智恒久动力生活三、爆管原因分析：3、化学成分分析：1）对新管样管、服役至2007年的样管、此次爆口样管、爆口附近样管以及远离爆口的样管进行化学成分分析。(见表1)2）从化学成分分析结果可见，新管样管、服役至2007年管样、此次失效的爆口样管、爆口附件样管以及远离爆口的样管的化学成分均符合GOST5945-1975标准中12х18Н12Т的化学成分要求。信智恒久动力生活三、爆管原因分析：表1:样管化学成分测试结果样管编号样管运行时间化学元素含量（质量分数%）CSiMnPSCrNiTi1#新管样管00.0680.511.300.0260.01617.2411.650.642#服役至2007年样管2007年0.0560.441.400.0290.01318.0911.180.593#此次失效的原始首爆口管（58-5）事故发生(136000h)0.0720.691.220.0270.00817.5711.410.574#爆口附近被吹损样管（59-4）事故发生(136000h)0.0640.461.530.0200.00117.4711.270.305#远离爆口样管（63-6）事故发生(136000h)0.0780.531.170.0260.00918.0811.730.50GOST5945-1975标准//≤0.12≤1.00≤2.00≤0.030≤0.03517.00-19.0011.00-13.000.5C-0.70信智恒久动力生活三、爆管原因分析：4、力学性能测试：1）对此次失效的爆口样管、爆口附近样管以及远离爆口的样管进行力学性能测试，试验结果见表2。2、从表2可以看出，所有样管向火侧和背火侧的力学性能相近，并且力学性能均符合GOST5945-1975标准中12х18Н12Т的力学性能要求。但爆口管样的断后伸长率率较低，为42%，接近使用标准值下限。信智恒久动力生活三、爆管原因分析：表2：力学性能测试结果试样编号管样位置取样位置抗拉强度Rm/MPa屈服强度Rp0.2/MPa断后伸长率A/%3#爆口管向火背火65765326326842.042.04#爆口管（59-4）向火背火59559325124564.164.75#远离爆口取样管（63-6）向火背火66866835435650.249.7GOST5945-1975标准/≥539≥196≥40信智恒久动力生活三、爆管原因分析：5、微观组织分析：1）对新管样管、服役至2007年的样管、此次爆口样管、爆口附近样管以及远离爆口的样管进行微观组织检查与分析，结果如下：（1）新管样管的微观组织为奥氏体和晶内孪晶，晶界和晶内弥散分布少量细小第二相，晶粒度等级为4.5级。信智恒久动力生活三、爆管原因分析：5、微观组织分析：（2）服役到2007年样管的微观组织为奥氏体，晶界及晶内弥散分布一些第二相，晶界第二相尺寸略大，晶粒度等级为4级，如下图所示。信智恒久动力生活三、爆管原因分析：5、微观组织分析：（3）本次爆管附近样管以及远离爆口的样管微观组织为奥氏体，晶内弥散分布一些第二相，晶界第二相尺寸较大，部分晶界第二相已成链状，晶界粗化，如下图所示。信智恒久动力生活三、爆管原因分析：5、微观组织分析：（4）本次爆口管，在爆口位置及距离爆口500mm处的微观组织相同，如下图所示，金相组织为奥氏体和大量晶内孪晶，晶内及晶界分布较粗大的第二相，组织与其他管样差别较大。信智恒久动力生活三、爆管原因分析：6、裂纹及断口形貌分析：1）对此次失效的爆口样管的裂纹及断口形貌进行分析，结果如下：2）爆口的爆口边缘存在大量裂纹，裂纹从外壁向内壁扩展，裂纹底部呈现尖锐裂纹扩展，如图7所示。图8为扫描电镜下观察到的断口形貌图，裂纹扩展形式主要为沿晶扩展，在断口上存在氧化腐蚀产物。断口附近外壁裂纹断口形貌特征信智恒久动力生活三、爆管原因分析：7、物相分析从微观组织分析结果可以看出，服役至2007年、服役至2013年、本次爆口、远离爆口管的样管晶界、晶内均存在析出的第二相（碳化物和σ相）。对析出第二相进行物相组成、含量和结构分析，结果见表3和下图裂纹及断口形貌分析：表3钢中第二相定量分析结果（各项占析出相总量的百分数%）样品编号取样部位运行时间M23C6σTiC2#服役至2007年样管2007年39.704.0356.266#服役至2013年样管2013年42.7625.1432.105#远离爆口的样管事故发生(136000h)23.8820.2955.833#本次爆口管事故发生(136000h)21.0564.2914.65信智恒久动力生活三、爆管原因分析：7、物相分析1）服役到2007年样品第二相主要为TiC（56.26%），M23C6（39.70%）、以及少量的σ相（4.03%），M23C6、TiC和σ相的形貌见下图，晶界处分布着条状M23C6，TiC弥散分布在基体内，在晶内发现少量块状σ相，σ相尺寸为500nm左右。(a)晶界处条状M23C6(b)弥散分布在基体内的TiC(c)晶内块状σ相信智恒久动力生活三、爆管原因分析：7、物相分析1）图11为事故发生时原始爆管样品的第二相和电子衍射图，本次爆口管样第二相主要为主要为TiC（14.65%）、M23C6（23.88%）和σ相，σ相含量达到了64.29%，并且σ相在晶界处呈链状分布，尺寸粗大达到6µm，晶内块状σ相的尺寸也达到微米级别。(a)晶内块状σ相(a)晶界处链状σ相信智恒久动力生活三、爆管原因分析：8、原因分析：1）通过查阅锅炉设计制造、安装调试等资料，未发现异常情况。查阅高温过热器运行相关资料，未发现高温过热器超温、超压情况。此高温过热器也未进行过修理改造及更换；所有样管的化学成分均合格，力学性能符合标准要求，但此次失效的原始爆口样管的断后伸长率较低，接近使用标准下限。2）由微观组织观察结果可知，原始首爆口样管的金相组织为奥氏体和大量晶内孪晶，晶内及晶界分布较粗大的第二相；物相分析结果表明，原始爆口管晶内、晶界析出第二相（如M23C6相、σ相等），与其他样管相比，原始爆口样管中析出的σ相含量最多(达到了64.29%)，σ相的尺寸也达到了6µm，并且在晶界处呈链状分布。信智恒久动力生活三、爆管原因分析：8、原因分析：3）奥氏体不锈钢锅炉管长期高温服役后，晶界附近的合金元素扩散速度快，在晶界处析出第二相，随着析出第二相（如M23C6相、σ相等）的增多，对基体变形的阻碍不断增强（不论是晶内滑移还是晶界滑移），第二相的析出阻碍了晶内和晶界的变形，使得锅炉管的塑韧性指标下降。若析出相尺寸越大，且在晶界上呈连续片状或者在晶内呈针状分布都会对不锈钢的塑性和韧性造成严重影响。此次失效发生时的原始首爆口样管析出σ相数量最多，且尺寸较大，并且析出相在晶界上呈连续链状分布，σ相性硬而脆，弱化了晶界，进而造成微观损伤，最终导致爆管。较大尺寸的σ相聚集在晶界是材料进入高温蠕变老化后期的明显标志。信智恒久动力生活三、爆管原因分析：8、原因分析：4）新管样管、服役至2007年的样管、此次失效的爆口附近被吹损的样管以及远离爆口的样管的微观组织表明，随着高温服役时间的逐渐延长，在晶内弥散析出细小第二相，晶内孪晶消失，位错密度有所减少，且趋呈直线形态，晶内第二相颗粒粗化，晶界第二相数量增多，部分晶界第二相已成链状，晶界粗化。可以初步判断这些管样也进入寿命后期。与原始爆口管样运行时间相同的管样，并没有出现大量有害σ相，由于运行条件一致（运行温度及运行应力），可以判断，原始首爆口的制造质量或者说微观组织分布存在一定的特异性。信智恒久动力生活四、分析结论及后续措置：1、分析结论：通过上述试验及分析，得出以下结论：1）高温过热器管材性能目前虽符合标准要求，但材料普遍存在老化问题；2）高温过热器爆管主要原因是由于此管存在较大的特异性，导致相较其他管子其本身老化程度较大或老化进程加速，因而提前发生爆管。2、后续措施：1）高温过热器管材料普遍存在老化情况，计划缩短检查周期，定期进行割管金相组织检查及相关性能测试，加大监控。2）对过热器进行寿命评估工作，以安排时机，进行整体换管。信智恒久动力生活