某超超临界锅炉水冷壁管鼓包爆管分析

某超超临界锅炉水冷壁管鼓包爆管分析
王伟  何凤生  窦洪  林介东   广东电网公司电力科学研究院
摘  要：通过宏观检查、金相分析、显微硬度测试以及金属当量温度计算，对某超超临界锅炉水冷壁管鼓包爆管原因进行了分析。结果表明，鼓包爆管是由于水冷壁局部超温造成的。蠕变裂纹在爆口尖端附近较多，远离爆口尖端、爆口背火侧以及距离爆口一定距离的向火侧均未发现。胀粗发生在水冷壁管向火侧，其原因为向火侧超温严重且可以发生自由膨胀。
关键词：超超临界锅炉；水冷壁管；鼓包爆管；局部超温
某电厂#3炉为DG2060/26.15-Ⅱ2型超超临界参数660MW本生直流锅炉，对冲燃烧方式、固态排渣、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、全钢构架、全悬吊结构，П型锅炉。设计煤种为神府东胜烟煤，校核煤种为山西晋北烟煤。最大连续蒸发量2060.1 t/h，额定蒸汽压力（过热器出口）26.15 MPa，额定蒸汽温度605 ℃。
2011年1月，在#3炉调试过程中发现3号锅炉左侧水冷壁泄漏，泄漏位置为51.5米层04吹灰器孔弯头下面，而后继续运行，后来停机检查发现炉左侧从炉前往炉后数第217根水冷壁管长约1.5m的范围内共有4个爆口，截取其中的一段管样进行分析。管子规格Φ31.8×8.5mm，材质15CrMo，为分析爆管原因，进行了宏观检查、金相分析以及显微硬度测试等。
  

图1 爆口管段宏观照片及取样位置
1宏观检查
经宏观检查，发现爆口位于管子向火侧，管壁表面有明显氧化膜，呈撕裂状断口，爆口处以及附近管段存在明显的胀粗。经测量，爆口总长约10mm，宽约1mm；爆口胀粗最大处约40.5mm。
经计算可知，胀粗率= =27.4%，管子胀粗明显。
从爆口处横截面（图2a）可见，管壁减薄十分明显。
图2管样两端截面照片可见，管样的两端椭圆度较大，经测量，管样距离爆口较近一端（以下简称“近端”）的管径、壁厚最大值、壁厚最小值分别为34.2mm、8.7mm、6.5mm，管样距离爆口较远一端（以下简称“远端”）的管径、壁厚最大值、壁厚最小值分别为33.6mm、8.4mm、6.9mm。近端由于距离爆口较近，胀粗比远端略严重，壁厚差异较大。
     
（a）爆口           （b）远端                 （c）近端
图2 爆口横截面及管样两端照片
2.显微组织分析
为分析爆管原因，对管段进行割管取样，取样位置见图1所示，其中样品1为爆口横截面，样品2为爆口纵截面，样品3为爆口对面背火侧的横截面，样品4为爆口远端距离爆口边缘约140mm的向火侧横截面。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。
2.1        爆口显微组织
爆口横截面的晶粒沿壁厚减薄方向被明显拉长，金相组织为铁素体+珠光体+贝氏体。在爆口尖端处发现有蠕变孔洞，并已连接成微裂纹，如图3所示。经测量，最长一条微裂纹约110μm。爆口横截面内壁氧化膜测量的最大厚度约113μm，如图4所示。
           
图3 爆口尖端横截面组织形貌，蠕变孔洞已连成微裂纹    图4 爆口横截面内壁氧化膜
爆口纵截面晶粒也存在变形，金相组织为铁素体+珠光体+贝氏体，如图5所示。内壁氧化膜最厚约210μm，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
2.2        爆口背火侧显微组织
心部金相组织：铁素体+回火贝氏体，如图7所示。内壁氧化膜测量最厚约71μm，如图8所示，表层金相组织：铁素体+珠光体。
         
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
2.3        距离爆口边缘约140mm处显微组织
心部金相组织：铁素体+回火贝氏体，如图9所示。内壁氧化膜测量最厚约102μm，如图10所示，表层金相组织：铁素体+珠光体。
      
图9 距爆口边缘140mm向火侧横截面形貌     图10 距爆口边缘140mm向火侧内壁氧化膜

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2012-2-4 18:18 上传

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参考资料  。

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