火电厂高温过热器泄露分析

火电厂高温过热器泄露分析

师锁锋 周起帆 刘建洋

陕西华电榆横煤电有限责任公司榆横发电厂 陕西榆林719000

摘要：高温过热器作为锅炉的主要组成构件之一，如发生高温过热器泄露爆管事故将造成极大的经济损失，并会给电厂带来安全隐患。本文针对某厂1号锅炉高温过热管T91泄露管段情况，采用宏观检验、室温拉伸试验、冲击试验、硬度测试、金相组织试验等方向进行剖析，查找泄露爆管原因。

关键词：火电厂；1号锅炉；高温过热器；泄露

1.事件经过

该厂一期2×660MW 超临界空冷燃煤机组，锅炉为东方锅炉集团生产的 DG2100/25.4-Ⅱ2 国产超临界参数变压直流本生型锅炉，一次中间再热、单炉膛、尾部双烟道结构、采用烟气挡板调节再热汽温、平衡通风、封闭布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。1号机组于2013年11月30日投运，至2016年11月15日已累计运行约15600h，累计启停机约22次。

2016年11月15日8：45分，1号机组负荷530MW，主蒸汽压力21.1MPa、温度 566℃，锅炉巡检人员在例行巡检时发现 1 号炉左侧标高 65 米附近受热面有异音，立即通知运行及维护负责人。9:00，运行、检修人员经现场检查确认为锅炉受热面泄漏，泄漏位置在炉左侧高温过热器附近，立即联系网调申请停机，与当日 12:56 分#1机组解列停机。停炉冷却后对1号锅炉受热面检查发现，爆口位于高温过热器从左至右第 6 屏、从炉前至炉后第18根，且吹损周边约14 根管子。此处高温过热器管子设计参数：入口蒸汽温度510°C，出口蒸汽温度 570℃，材质 SA-213T91，规格Φ45×7 mm。经光谱复检，爆口管材为 SA-213T91 材质。管子爆口在顶棚下约 2 米处，顶棚标高72.5米。

为查明 1 号锅炉高温过热器爆管原因，防止同类事故再次发生，该厂委托某公司对 1 号锅炉高温过热器进行爆管原因分析。

2.试验内容

对送检的1号锅炉高温过热器泄漏管段进行试验分析，泄漏管段照片见图1，试验方案见表1。

图1 高温过热器泄露管段照片

表1 试验方案

3.试验结果分析
（1）宏观检验

    经检验，爆口位于管子向火面，距焊接接头100mm处，爆口呈脆性不规则形状，沿管子轴向长约 100mm、最大张口约 30mm，爆口处母材缺损，经测量爆口处管壁无明显减薄，该泄漏管段无明显涨粗，爆口周围的母材上未发现裂纹、变色等缺陷，可见该爆口无明显短时超温和长期过热的特征。

经对爆口宏观检验发现，爆口左下方存在一处球形小凹坑，疑似为夹杂缺陷存在处，且球形小凹坑周围有疑似疲劳特征的贝纹线存在，由于爆口处母材缺损，此缺陷处未发现夹杂物残留。

（2）室温拉伸试验

按照 GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验 第 1 部分：室温试验方法》对 T91泄漏管段进行室温拉伸试验，试验结果表明，该 T91 泄漏管段向火面、背火面的屈服强度、抗拉强度、延伸率均符合 GB 5310-2008 的相关要求。

（3）室温冲击试验

按照 GB/T 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》对 T91 泄漏管段进行室温冲击试验。因管子规格所限(Φ45×7mm)，只能沿管子纵向截取 55×10×5mm 的小尺寸试样进行冲击试验，试验结果表明，T91 泄漏管段的室温冲击吸收能量满足 GB5310-2008 的要求，且均处于较高水平。

（4）布氏硬度测试

按照 GB/T 231.1-2009《金属材料布氏硬度试验 第一部分：试验方法》对 T91泄漏管段爆口最大张口处、爆口上方、爆口下方分别进行布氏硬度测试，由试验结果知，泄漏管段的爆口处、爆口上方、爆口下方的硬度相近，均在

222~235HBW 范围内，满足 DL/T 438-2009 的要求。可见，爆口处硬度未见异常，整根 T91 泄漏管段的硬度较为均匀，且处于适中水平。

（5）金相组织试验

对 T91 泄漏管段爆口最大张口处、爆口上方、爆口下方分别截取一个环状管样，按照 GB/T 13298-1991《金属显微组织检验方法》制备金相试样，首先依次用 240#、400#、800#、1200#、2000#砂纸预磨，然后在抛光机上机械抛光，经三氯化铁盐酸水溶液侵蚀后在 OLYMPUS GX51 金相显微镜下进行金相组织观察。可发现，T91 泄漏管段爆口最大张口处、爆口上方、爆口下方处的金相组织均为回火马氏体，晶粒度 9 级。可见，爆口处的金相组织未见过热特征，整根 T91 泄漏管段的金相组织未见异常。

4.分析与讨论

宏观形貌分析可知，1 号锅炉高温过热器 T91 泄露管段的爆口呈脆性不规则形状，爆口处母材缺损，爆口处的管壁无明显减薄，该泄漏管段无明显涨粗，无明显短时超温和长期过热的特征。爆口左下角发现疑似夹杂缺陷处，呈圆形小凹坑且周围有疲劳特征的贝纹线条纹存在。由于泄露后爆口处部分母材缺损，未发现夹杂物的残留。

对泄漏管段的化成成分分析、拉伸试验、冲击试验、硬度测试及金相组织检验，试验结果表明该泄漏管段的化学成分、拉伸性能、冲击性能符合 GB 5310-2008 的相关要求，整根管段的硬度均匀且处于适中水平，管段的金相组织为回火马氏体，晶粒度 9 级，爆口处的金相组织无过热特征，金相组织均无异常。这与爆口的宏观形貌分析结果一致，该爆口非过热爆口。

根据爆口的形貌分析结果，表明在爆口左下角处原始存在夹杂类缺陷，经过锅炉一定次数的启停后，在热应力作用下，夹杂物存在处作为疲劳源会产生疲劳裂纹，并进一步扩展，当裂纹尺寸超过临界值后引起管子发生爆裂。

5.结论

1 号锅炉高温过热器 T91 泄漏管段的材质性能未见异常，爆口呈脆性无规则形状，爆口处金相组织无过热特征、硬度未见异常。本次爆管为管材原始缺陷在锅炉多次启停后发生疲劳破坏所致。

参考文献：
[1]张成.火电厂高温过热器泄漏原因分析及防范[J].江西电力职业技术学院学报, 2015, 28(1):3.
[2]减效军.火电厂高温过热器泄漏的原因与预防[J].国网技术学院学报, 2014, 17(6):3.