火電機(jī)組鍋爐“四管”爆漏

分析及預(yù)防西安熱工研究院有限公司二○○六年十一月

電站材料技術(shù)部：李益民1liyimin@主要內(nèi)容一、鍋爐“四管”失效的分布二、鍋爐“四管”的失效機(jī)理三、鍋爐“四管”的失效原因四、鍋爐“四管”失效的典型案例五、預(yù)防和減少鍋爐“四管”爆漏的措施2liyimin@1.鍋爐“四管”失效的分布鍋爐過熱器、省煤器、水冷壁、再熱器管(簡(jiǎn)稱“四管”)爆漏，是影響火電機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素之一。據(jù)近年來的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大型電站因“四管”爆漏引起的停機(jī)事故，占機(jī)組非計(jì)劃停用時(shí)間的40％，占鍋爐設(shè)備非計(jì)劃停用時(shí)間的70％，而且隨機(jī)組參數(shù)的提高和新機(jī)組投運(yùn)的增加，這類事故還有上升的趨勢(shì)，例如：在1989年84臺(tái)200MW機(jī)組中，“四管”爆漏288次，停用時(shí)間達(dá)到21579小時(shí)，占整臺(tái)機(jī)組非計(jì)劃停用總時(shí)間的40.86％，相當(dāng)于3.5臺(tái)的800MW機(jī)組未發(fā)揮作用;23臺(tái)300MW機(jī)組，“四管”爆漏停用7202小時(shí)，占機(jī)組非計(jì)劃停用總時(shí)間的55.1%。

3liyimin@1.鍋爐“四管”失效的分布“四管”爆漏事故，在不同地區(qū)，不同類型的機(jī)組中差別也較大。表l為1987～1989年間100MW及以上機(jī)組“四管”爆漏停用時(shí)間占非計(jì)劃停用總時(shí)間的統(tǒng)計(jì)百分?jǐn)?shù)。由表1可見:機(jī)組容量增加,“四管”爆漏占非計(jì)劃停用總時(shí)間越長(zhǎng);過熱汽和水冷壁管事故多.4liyimin@5liyimin@表2江蘇2002年63臺(tái)鍋爐

“四管”爆漏次數(shù)的統(tǒng)計(jì)

。再熱器和省煤器管爆漏多；1000t／h鍋爐多。鍋爐容量（t／h）臺(tái)數(shù)各部件爆漏的次數(shù)省煤器過熱器再熱器水冷壁40025559067012237010002458101200020030爆漏總次數(shù)12162916liyimin@表3河北南網(wǎng)34臺(tái)鍋爐1992～1998年間“四管”爆漏次數(shù)的統(tǒng)計(jì)。省煤器爆漏最多，其次為過熱器和水冷壁；220t／h鍋爐事故多。鍋爐容量（t／h）臺(tái)數(shù)各部件爆漏的次數(shù)省煤器過熱器再熱器水冷壁200～220156141—3841053519—1167010332823291025409224爆漏總次數(shù)1299745827liyimin@表4華中地區(qū)28個(gè)電廠1998～2002年間“四管”爆漏次數(shù)的統(tǒng)計(jì)：過熱器和省煤器管事故最多；事故逐年下降。爆漏部件19981999200020012002總計(jì)過熱器管4433363320166再熱器管7101071145水冷壁管819166958省煤器管2730151714103總計(jì)86927763543728liyimin@鍋爐“四管”失效的分布沒有顯著的分布規(guī)律鍋爐的容量管子的種類鍋爐的個(gè)體特征明顯所以鍋爐“四管”爆漏分析及預(yù)防是一個(gè)復(fù)雜的的問題9liyimin@2.鍋爐“四管”的失效機(jī)理

高溫蠕變短時(shí)超溫、長(zhǎng)期過熱、材質(zhì)老化管子內(nèi)壁水側(cè)腐蝕苛性腐蝕、氫損傷、點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕管子外壁向火側(cè)腐蝕飛灰腐蝕、煙氣腐蝕、吹灰水腐蝕外壁侵蝕及磨損飛灰、落渣、吹灰器、煤粉顆粒的侵蝕及磨損疲勞振動(dòng)、熱疲勞、腐蝕疲勞設(shè)計(jì)、制造、安裝及運(yùn)行因素設(shè)計(jì)不當(dāng)、金屬缺陷、焊接缺陷、錯(cuò)用材料、檢修清洗、汽水品質(zhì)偏差10liyimin@2.鍋爐“四管”的失效機(jī)理表6為華中地區(qū)28個(gè)電廠1998～2002年間“四管”爆漏的損傷機(jī)理統(tǒng)計(jì)。磨損、過熱和焊縫缺陷。

失效機(jī)理19981999200020012002總計(jì)磨損354316251093過熱202023201093焊材3566626應(yīng)力裂紋2453317承壓4315316腐蝕2622315金屬老化540311311liyimin@2.鍋爐“四管”的失效機(jī)理2.1水冷壁管的主要失效機(jī)理

（1）服役條件：高壓、中溫、腐蝕性的環(huán)境及附件約束產(chǎn)生的附加應(yīng)力。（2）管子的損傷：火焰沖刷、水側(cè)沉積物的聚積、內(nèi)外壁的腐蝕（氫損傷、點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕）、飛灰磨蝕、腐蝕疲勞。（3）鍋爐結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的損傷12liyimin@2.鍋爐“四管”的失效機(jī)理（4）主要失效機(jī)理氫損傷

鍋爐給水中PH值偏低特別易引起氫損傷。爐管表面產(chǎn)生酸性腐蝕，雜質(zhì)在水冷壁管的高溫區(qū)沉積，并形成鹽垢，導(dǎo)致此處壁溫升高，爐水在沉積物母體蒸發(fā)，使非揮發(fā)成分變濃，腐蝕通常發(fā)生在比較致密的沉積物下，垢下產(chǎn)生如下發(fā)應(yīng)：

3Fe+4H2O—Fe3O4十4H2

所產(chǎn)生的氫不能很快地被汽水帶走，則氫原于進(jìn)入鋼材表層，與鋼中晶界碳化物發(fā)生如下反應(yīng)：

Fe3C+2H2—3Fe+CH4

由于生成甲烷，在晶界產(chǎn)生很大應(yīng)力使晶界開裂，裂紋旁明顯脫碳，破口呈窗口狀，管子沒有明顯脹粗和腐蝕減薄現(xiàn)象，為脆性破裂，也稱為氫脆腐蝕。氫損傷主要發(fā)生在水冷壁管的向火側(cè)、高熱負(fù)荷區(qū)、彎頭或水流中斷處、水平或傾斜的管段。13liyimin@苛性腐蝕?？列愿g是在紊流或熱渦流區(qū)，金屬壁面的保護(hù)層(Fe3O4)破壞，汽水中苛性氧化物(NaOH)沉積濃縮(爐水中的NaOH大于3PPm)，加速對(duì)管子的氧化腐蝕所致。水側(cè)氧腐蝕。水側(cè)氧腐蝕則是由于管內(nèi)的水由于氧的去極化作用，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，在管內(nèi)鈍化膜破裂處產(chǎn)生點(diǎn)狀或坑狀的腐蝕。

14liyimin@應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕為在腐蝕環(huán)境下應(yīng)力誘發(fā)的裂紋，這種應(yīng)力主要是靜態(tài)拉應(yīng)力或殘余應(yīng)力，裂紋為沿晶或穿晶，斷口處有腐蝕介質(zhì)或腐蝕產(chǎn)物。

腐蝕疲勞。

由于煙氣中的飛灰沉積在管子的表面,飛灰中的硫及堿性物在一定條件下形成復(fù)合硫酸鹽，這種硫酸鹽在溫度高于700℃時(shí)發(fā)生分解而造成管子外壁的高溫腐蝕。管壁表面頻繁的溫度交替變化導(dǎo)致熱應(yīng)力的交替變化,產(chǎn)生腐蝕疲勞損傷.

溫度變化的原因。燃燒中心的偏移，火焰沖刷水冷壁，在火焰沖刷區(qū)形成頻繁的溫度變化，導(dǎo)致管子的熱疲勞開裂；另一方面，在管樣表面的結(jié)渣結(jié)垢處會(huì)形成汽膜，引起局部管壁溫度過高，產(chǎn)生溫度的交替變化，引起局部熱疲勞損傷。由于管壁溫度；焊接附件產(chǎn)生的約束使管制的熱膨脹受阻，產(chǎn)生附加的熱應(yīng)力。15liyimin@2.鍋爐“四管”的失效機(jī)理2.2高溫過熱器、再熱器管的主要失效機(jī)理

（1）服役條件：高溫、腐蝕性環(huán)境;過熱器管壓力高，再熱器管壓力低;附件約束產(chǎn)生的附加應(yīng)力。（2）管子的損傷：高溫蠕變失效、短時(shí)超溫、長(zhǎng)期過熱、內(nèi)壁氧化層導(dǎo)致的過熱、腐蝕及腐蝕疲勞和飛灰磨蝕。（3）奧氏體不銹鋼管內(nèi)壁氧化層剝落堵塞管子下彎頭引起過熱，導(dǎo)致管子的早期失效。（4）結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的早期損壞。16liyimin@2.鍋爐“四管”的失效機(jī)理（5）主要失效機(jī)理

高溫蠕變引起的材料損傷：組織老化，性能劣化。短時(shí)超溫、長(zhǎng)期過熱腐蝕及腐蝕疲勞飛灰磨蝕奧氏體不銹鋼管的失效

a)內(nèi)壁氧化層剝落堵塞管子下彎頭引起過熱

b)奧氏體不銹鋼管的應(yīng)力腐蝕開裂17liyimin@2.鍋爐“四管”的失效機(jī)理2.3低溫過熱器、低溫再熱器和省煤器的主要失效機(jī)理飛灰、落渣、吹灰器、煤粉顆粒的侵蝕主要是由于煙氣流中攜帶的飛灰顆粒或吹灰氣流沖刷受熱面使其壁厚減薄，常發(fā)生在具有局部高速煙氣流動(dòng)及灰濃度高的部位。在省煤煤器入口，煙氣溫度一般巳降低到500℃以下，灰粒已變硬，因此，省煤器管磨損爆漏最多。2.4其它疲勞破壞焊縫開裂18liyimin@3.鍋爐“四管”的失效原因3.1鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的失效

爐膛四角和燃燒器處的水冷壁管、包覆管、過熱器管屏的夾持管等，因受密封板、固定筋板、槽鋼的限制和煤粉管道外推力的影響不能自由膨脹或相互碰磨，以致拉裂損傷。過熱器和再熱器系統(tǒng)布置不夠合理，局部管段超溫。如前、后屏過熱器外圍管過長(zhǎng)，管內(nèi)介質(zhì)流速低而受熱很強(qiáng)；對(duì)流過熱器和熱段再熱器管的下彎頭，直接受到爐膛出口煙氣的高溫沖刷而超溫爆管。

19liyimin@3.鍋爐“四管”的失效原因鍋爐再熱器系統(tǒng)進(jìn)、出口的交叉混合和流動(dòng)走向不當(dāng)(如進(jìn)、出口成“Z”型流動(dòng))，易引起熱力偏差和水力偏差的疊加，使局部管段超溫爆管。過熱器、再熱器的調(diào)溫手段欠缺．?dāng)[動(dòng)火嘴一般不能在運(yùn)行中調(diào)整(擺不動(dòng))，再熱器的汽一汽熱交換器的調(diào)節(jié)特性不好，系統(tǒng)阻力大，旁通閥漏流，開度的變化對(duì)再熱汽溫的影響不明顯；再熱器的煙氣調(diào)溫?fù)醢彘_啟不靈活，生銹卡死或調(diào)節(jié)滯后過大。

20liyimin@3.鍋爐“四管”的失效原因爐膛的熱力計(jì)算不夠準(zhǔn)碓，爐膛出口煙溫過高，或燃用煤種變化，調(diào)整措施未能跟上。省煤器的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)未充分考慮燃料灰份對(duì)其磨損的影響，煙速、布置結(jié)構(gòu)及防磨措施等選擇不當(dāng)，以致不少地區(qū)省煤器磨損爆漏事故頻繁，有的運(yùn)行不到兩年就需要換管。

21liyimin@3.鍋爐“四管”的失效原因3.2制造、安裝質(zhì)量欠佳引起的失效

錯(cuò)用鋼材(或用材不當(dāng))而引起的爆漏管子內(nèi)外表面的劃痕、離層、折疊等材料質(zhì)量的原因?qū)е鹿茏拥脑缙谑е圃旒鞍惭b時(shí)遺留有“眼鏡片”、鐵屑片、焊渣等雜物而引起的爆漏22liyimin@3.鍋爐“四管”的失效原因3.3運(yùn)行及檢修不當(dāng)引起的失效

在啟動(dòng)、調(diào)負(fù)荷和燃料質(zhì)量變化后，調(diào)整不當(dāng)，引起瞬間超溫。鍋爐缺水，水循環(huán)惡化以及爐膛滅火放炮。吹灰器使用不當(dāng)，引起受熱面被磨損。起動(dòng)及正常運(yùn)行中給水品質(zhì)不符合規(guī)定要求和凝汽器泄漏，水質(zhì)被污染。運(yùn)行人員素質(zhì)不高，熱控檢測(cè)手段不完善，發(fā)生誤判斷、誤操作。檢修維護(hù)和檢查工作不夠仔細(xì)和嚴(yán)格，潛在的設(shè)備缺陷未能在檢修中及時(shí)消除。鍋爐檢修期間，受熱面管水沖洗造成鍋爐水平煙道和尾部煙道的包墻過熱器管、水冷管、省煤器管的腐蝕。

23liyimin@3.鍋爐“四管”的失效原因3.4鍋爐停運(yùn)保護(hù)不當(dāng)引起的失效停用鍋爐防腐保護(hù)不良，引起鍋爐管腐蝕。冬季停爐防寒保護(hù)欠佳，引起鍋爐管材料脆化凍裂。

24liyimin@3.5生產(chǎn)運(yùn)行管理嚴(yán)格制造工藝和質(zhì)量的監(jiān)督.嚴(yán)格安裝工藝和質(zhì)量的監(jiān)督。嚴(yán)格生產(chǎn)運(yùn)行規(guī)程的執(zhí)行和監(jiān)督。25liyimin@4“四管”的典型失效案例4.1水冷壁管典型失效案例4.1.1水冷壁管內(nèi)壁腐蝕開裂額定蒸發(fā)量設(shè)計(jì)壓力飽和水溫度材料規(guī)格mm運(yùn)行時(shí)間110t/h13.53MPa334℃20G￠63.6×6.02年表7吉林化學(xué)公司自備電廠水冷壁運(yùn)行參數(shù)及歷程26liyimin@4“四管”的典型失效案例圖1破口宏觀形貌

圖2管子內(nèi)壁的腐蝕溝槽

27liyimin@4“四管”的典型失效案例圖3管子近內(nèi)壁的沿晶開裂金相觀察

圖4沿晶開裂的掃描電鏡觀察形貌

28liyimin@4“四管”的典型失效案例開裂原因

爐水品質(zhì)欠佳。爐水中PH值偏低,呈酸性；排污系統(tǒng)不正常,爐管下端的聯(lián)箱水循環(huán)不暢,爐水中雜質(zhì)及腐蝕產(chǎn)物在腐蝕部位積聚,促進(jìn)腐蝕和氫脆開裂。

29liyimin@4“四管”的典型失效案例4.1.2水冷壁管外壁腐蝕疲勞開裂典型案例

鍋爐是STEIN公司1996年制造的18.4-541型、亞臨界、中間再熱、強(qiáng)制循環(huán)、雙拱爐膛、固態(tài)排渣、W型火焰、燃燒無煙煤汽包鍋爐。燃燒煤種為含S量3.5～5%的重慶松藻礦劣質(zhì)無煙煤。

額定蒸發(fā)量設(shè)計(jì)壓力飽和水溫度材料規(guī)格運(yùn)行時(shí)間1099.8t/h19.5MPa360℃TU48CΦ38×5.6mm6年表水冷壁運(yùn)行參數(shù)及歷程30liyimin@開裂部位：前墻冷灰斗水冷壁管。面積較大裂紋特點(diǎn):大量的橫向裂紋，管子無明顯脹粗，減薄不大。31liyimin@圖52005年1月29日前墻水冷壁泄漏位置示意圖安裝焊口/標(biāo)高19米前墻水冷壁管前墻水冷壁壁下聯(lián)箱泄漏點(diǎn)泄漏點(diǎn)32liyimin@4“四管”的典型失效案例管子外表面的腐蝕破裂形貌

33liyimin@4“四管”的典型失效案例圖管子的微觀裂紋形貌

34liyimin@4“四管”的典型失效案例開裂原因

煙氣中的飛灰沉積在管子形成復(fù)合硫酸鹽，造成管子外壁的高溫腐蝕。溫度變化的原因。燃燒中心的偏移，火焰沖刷水冷壁，在火焰沖刷區(qū)形成頻繁的溫度變化，導(dǎo)致管子的熱疲勞開裂；另一方面，在管樣表面的結(jié)渣結(jié)垢處會(huì)形成汽膜，引起局部管壁溫度過高，產(chǎn)生溫度的交替變化，引起局部熱疲勞損傷。35liyimin@4“四管”的典型失效案例4.1.3水冷壁管的腐蝕疲勞開裂

石門發(fā)電有限責(zé)任公司1號(hào)機(jī)組為360MW火電機(jī)組。鍋爐型號(hào)為HG-1021/18.2-MW、亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐,四角切圓燃燒。燃燒煤種為混煤。額定蒸發(fā)量設(shè)計(jì)壓力飽和水溫度材料規(guī)格運(yùn)行歷程1021t/h19.5MPa360℃SA178CΦ63×8mm15000h啟停68次表水冷壁運(yùn)行參數(shù)及歷程36liyimin@4“四管”的典型失效案例開裂部位：水冷壁右側(cè)第63～72根管,標(biāo)高22～28m。開裂特征：大量的橫向裂紋，管子無明顯脹粗，減薄不大。開裂機(jī)理：腐蝕疲勞開裂，珠光體球化達(dá)3～4級(jí)。開裂原因：鍋爐運(yùn)行期間曾有因燃燒切圓過大或偏斜嚴(yán)重造成火焰貼壁，燃燒器區(qū)域四周水冷壁管外壁有約1mm厚的氧化皮；管子內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重，垢層的導(dǎo)熱系數(shù)差，導(dǎo)致管壁溫度急劇升高；垢層中鐵、氧化鈉含量偏高，磷酸鹽偏低，垢下腐蝕嚴(yán)重；調(diào)峰頻繁及燃料較雜引起局部腐蝕熱疲勞損傷。

37liyimin@4“四管”的典型失效案例4.1.4水冷壁管的氫脆開裂水冷壁管氫脆開裂在各類型號(hào)的鍋爐中均可發(fā)生。如淮北電廠4號(hào)爐（400t／h）、石嘴山7號(hào)爐（220t／h）、某電廠1號(hào)爐（670t／h）、平圩1、2號(hào)爐（2008t／h）等水冷壁管均發(fā)生過氫脆開裂。氫脆開裂的宏觀形貌：脆性的“窗口”形破裂，微觀組織則呈典型的沿晶開裂。裂紋周圍鋼中含碳量減少，形成脫碳層。38liyimin@直接原因：爐水中的PH值偏低，使?fàn)t管表面產(chǎn)生酸性腐蝕。具有酸性的爐水與管壁表面鐵原子發(fā)生反應(yīng)生成甲烷，聚集于晶界的微空隙內(nèi)，形成局部高壓，造成晶界的局部應(yīng)力集中，從而使晶界開裂，形成裂紋。39liyimin@4“四管”的典型失效案例4.1.6水冷壁管由于結(jié)構(gòu)引起的開裂典型案例電廠由前蘇聯(lián)引進(jìn)的500MW超臨界機(jī)組，鍋爐為П-1650-25-545KT（П－76）型的直流爐。自1996年至2004年5月，機(jī)組累計(jì)運(yùn)行約5萬(wàn)小時(shí)，啟停次數(shù)約70余次。從2003年7月2004年4月，在水冷壁開孔部位彎管與直管鰭片連接處開裂泄漏，且在人孔、看火孔、吹灰器孔、噴燃器孔等水冷壁開孔部位發(fā)現(xiàn)裂紋。水冷壁開孔由開孔處的水冷壁管向爐膛內(nèi)彎折而形成，水冷壁管與鰭片材料為12CrlMoV，規(guī)格為Φ32X6mm、節(jié)距48m，鰭片厚度6mm。

40liyimin@41liyimin@4“四管”的典型失效案例開裂原因：開孔部位開裂的主要原因是開孔結(jié)構(gòu)和保溫缺陷引起的熱應(yīng)力在開孔部位角部造成的峰值應(yīng)力隨鍋爐啟停和水吹灰而循環(huán)導(dǎo)致的低周疲勞開裂。防治思路：完善開孔部位的保溫，在開孔部位角部實(shí)施應(yīng)力分散措施的方法來消除或降低角部的應(yīng)力集中。

42liyimin@4“四管”的典型失效案例4.2高溫過熱器、再熱器管的失效案例4.2.1高溫過熱器用12Cr1MoV鋼的長(zhǎng)期過熱引起的開裂

表10高溫過熱器管運(yùn)行參數(shù)及歷程額定蒸發(fā)量設(shè)計(jì)壓力過熱蒸汽溫度材料規(guī)格運(yùn)行時(shí)間410t/h9.81MPa540℃12Cr1MoV￠42×5.0mm40000h43liyimin@4“四管”的典型失效案例圖9破口的宏觀形貌

44liyimin@4“四管”的典型失效案例圖10微觀金相組織

45liyimin@4“四管”的典型失效案例開裂原因由爆管樣向火側(cè)內(nèi)壁氧化層厚度和鍋爐運(yùn)行時(shí)間估算的管子爆管區(qū)段的金屬溫度高達(dá)597℃

根據(jù)爆口的宏觀形貌、微觀組織和由向火側(cè)內(nèi)壁氧化層厚度和鍋爐運(yùn)行時(shí)間估算的金屬溫度，管子的爆裂主要是由于長(zhǎng)期超溫導(dǎo)致管材微觀組織老化和強(qiáng)度降低所致，長(zhǎng)期超溫主要由煙溫偏差和管子內(nèi)介質(zhì)流量較小或流速較低引起。

46liyimin@4“四管”的典型失效案例4.2.2中溫過熱器用T91鋼的長(zhǎng)期過熱引起的開裂表11鍋爐中溫再熱器歷次爆管、鼓包及更換概況爐號(hào)投運(yùn)時(shí)間爆管管排、時(shí)間及爆管原因更換時(shí)間新?lián)Q管爆管及宏觀損傷狀態(tài)11999.92003.3.17/14-12003.5.13/13-1下彎頭爆裂超溫過熱2003.10．30排1、2圈下彎頭全部更換運(yùn)行時(shí)間：t=24625h2004.8.8,14-1下彎頭爆裂6-1，11-1，28-1，29-1下彎頭鼓包運(yùn)行時(shí)間：t=6712h47liyimin@4“四管”的典型失效案例原始管樣金相組織爆漏管向火側(cè)金相組織48liyimin@4“四管”的典型失效案例失效原因

由管樣內(nèi)壁氧化層厚度估算的管子金屬溫度結(jié)果可見：爆漏管下彎頭處的金屬溫度高達(dá)623℃,其余管樣的溫度在600℃～612℃。中溫再熱器管爆漏與鼓包變形的原因一方面與較高的金屬溫度有關(guān)，另一方面也與煙氣中飛灰磨損所導(dǎo)致的管壁減薄有關(guān)，管壁的減薄直接導(dǎo)致了管子運(yùn)行應(yīng)力的增加。

49liyimin@4“四管”的典型失效案例4.2.3高溫過熱器管的腐蝕開裂

某電廠4號(hào)爐高溫過熱器為2001年10月更換，2005年11月28日，鍋爐運(yùn)行中高溫過熱器甲數(shù)50排第5圈發(fā)生泄露,停爐檢查，發(fā)現(xiàn)管子表面有嚴(yán)重的凹坑形狀減薄，導(dǎo)致管子泄露。同時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)甲數(shù)50排第6圈管子表面有條溝狀減薄，甲數(shù)50排第7圈管子及甲數(shù)49排有一圈管子表面有點(diǎn)狀腐蝕凹坑。腐蝕部位距頂棚約2m。高溫過熱器管運(yùn)行參數(shù)及歷程額定蒸發(fā)量設(shè)計(jì)壓力過熱蒸汽溫度材料規(guī)格運(yùn)行時(shí)間200t/h9.31MPa540℃12Cr1MoV￠38×5.0mm4年50liyimin@4“四管”的典型失效案例腐蝕開裂的宏觀形貌

51liyimin@4“四管”的典型失效案例腐蝕開裂的微觀形貌

52liyimin@4“四管”的典型失效案例失效機(jī)理管樣的宏觀形貌和垢層的成分分析表明：高溫過熱器管表面的損傷為高溫硫腐蝕所致。引起硫腐蝕的原因除了燃煤中的硫含量較高外，過熱器管結(jié)渣以及由此引起的管子金屬溫度較高也是重要的因素。

53liyimin@4“四管”的典型失效案例4.2.4焊縫再熱裂紋某電廠300MW亞臨界鍋爐(1#爐)低溫再熱器管用12Cr2MoWVTiB(G102)鋼制作，規(guī)格φ57×3.5mm，出口蒸汽溫度和壓力分別為480℃和3.44MPa。運(yùn)行約6.5萬(wàn)小時(shí)后蒸汽泄露，檢查發(fā)現(xiàn)為焊接接頭開裂。接頭的焊接工藝為全氬弧焊，焊絲為TIG—R34，不預(yù)熱，焊后采用氧乙炔火焰進(jìn)行消氫處理，加熱溫度為300℃左右，加熱時(shí)間為5分鐘，包石棉布緩冷，接頭運(yùn)行前經(jīng)射線探傷合格。

54liyimin@4“四管”的典型失效案例焊縫開裂的宏觀形貌

55liyimin@4“四管”的典型失效案例裂紋性質(zhì)由于裂紋出現(xiàn)在焊縫附近的HAZ，顯然與焊接熱過程有關(guān)，但這一裂紋并不是在焊接過程中或焊接后延遲一段時(shí)間才形成，而是在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中產(chǎn)生的，因此可以排除冷裂紋和熱裂紋的可能性。低溫再熱器長(zhǎng)期（約6.5萬(wàn)小時(shí)）運(yùn)行后，焊接接頭中出現(xiàn)的裂紋產(chǎn)生于粗晶區(qū)，終止于細(xì)晶區(qū)，斷口呈脆性斷裂特征，判斷裂紋性質(zhì)為再熱裂紋。

56liyimin@4“四管”的典型失效案例開裂原因

由于取消焊前預(yù)熱和焊后熱處理，裂紋附近的粗晶區(qū)為淬硬的板條馬氏體組織，粗晶區(qū)的最高硬度超過450HV。長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，粗晶區(qū)的原奧氏體晶界上析出了Ti的碳氮化合物，然后以之為核心形成含V或Mo的復(fù)合沉淀相，大顆粒沉淀相尺寸達(dá)到5μm，它們的析出使晶界附近形成一薄層合金元素貧化區(qū)，該區(qū)的蠕變強(qiáng)度降低，導(dǎo)致沿晶斷裂，這是焊縫產(chǎn)生再熱裂紋的主要原因。57liyimin@預(yù)防措施限制G102鋼中的Ti含量是降低再熱裂紋敏感性的主要措施，此外預(yù)熱和合適的焊后熱處理也對(duì)預(yù)防再熱裂紋產(chǎn)生一定的有利作用。58liyimin@4“四管”的典型失效案例4.2.5鍋爐結(jié)構(gòu)引起的開裂爐頂密封板處焊縫的開裂泄漏是300MW及600MW機(jī)組鍋爐近年暴露出來的問題。主要原因是密封板結(jié)構(gòu)引起較大的局部應(yīng)力,導(dǎo)致開裂。沙角C電廠末級(jí)再熱器管2003年多次發(fā)生穿頂棚密封板焊縫泄漏，平圩電廠2005年多次發(fā)生發(fā)生墻式再熱器管密封板焊縫泄漏，靖遠(yuǎn)二電廠5、6號(hào)鍋爐高溫再熱器管均出現(xiàn)過類似問題。59liyimin@4“四管”的典型失效案例4.2.6奧氏體不銹鋼高溫過熱器、高溫再熱器的開裂向火側(cè)氧化層剝落引起的爆管目前，在300MW及以上機(jī)組鍋爐中，奧氏體不銹鋼高溫過熱器、高溫再熱器的開裂比較頻繁。

60liyimin@4“四管”的典型失效案例開裂原因：主要是奧氏體不銹鋼鋼管向火側(cè)氧化層的開裂剝落，堵塞下彎頭導(dǎo)致介質(zhì)流動(dòng)不暢，引起過熱而爆裂。奧氏體不銹鋼的線脹系數(shù)約為低合金耐熱鋼的1.5倍，而以四氧化三鐵為主的氧化層幾乎無塑性。于是，當(dāng)向火側(cè)氧化層約為0.2mm～0.3mm時(shí)，在起停爐過程中，由于管子金屬的熱膨脹和收縮與硬而脆的氧化層無法協(xié)調(diào)，導(dǎo)致氧化層的開裂剝落。61liyimin@防范措施：①檢修中對(duì)管子下彎頭堆積的氧化物進(jìn)行檢測(cè)，必要時(shí)割管倒出氧化物；②盡量降低起停爐過程中的溫度變化速率。62liyimin@4“四管”的典型失效案例奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開裂概況：鐵嶺電廠4#爐為哈爾濱鍋爐廠制造的亞臨界循環(huán)鍋爐，型號(hào)為HG-1021/18.2-YM4。4#爐過熱器夾屏管材質(zhì)為TP304H，規(guī)格為Φ51×7mm。運(yùn)行中分隔屏內(nèi)蒸汽進(jìn)/出口溫度為404.8℃/443.8℃，進(jìn)/出口壓力為19.3MPa/19.2MPa，煙氣進(jìn)/出口溫度為1328℃/1128℃。2002年4月，4#爐過熱器夾屏管發(fā)生泄露，累計(jì)運(yùn)行約3萬(wàn)小時(shí)。

63liyimin@4“四管”的典型失效案例（a）外壁形貌（b）內(nèi)壁形貌64liyimin@4“四管”的典型失效案例開裂管的微觀金相特征

65liyimin@4“四管”的典型失效案例開裂原因

能譜分析和電子探針測(cè)試結(jié)果表明材料已經(jīng)受到了Cl-侵蝕，同時(shí)，開裂管組織中存在大量的細(xì)晶粒，管材的細(xì)小晶粒更易產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕。

鍋爐啟停保護(hù)不當(dāng)，氧進(jìn)入汽水管道中，與氯離子、氧和一些氧化性鹽離子共同作用，引起不銹鋼表面點(diǎn)腐蝕。過熱器內(nèi)氯離子可能是干態(tài)蒸汽在停爐凝結(jié)后濃縮形成，或是水壓試驗(yàn)中含有的Cl-殘留。

66liyimin@應(yīng)力因素是因?yàn)檫^熱器夾屏管在熱態(tài)時(shí)受到分隔屏較嚴(yán)重的熱脹擠壓，使夾屏管受到很大的拉伸應(yīng)力。該應(yīng)力與管排振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力，及鍋爐啟停中的熱應(yīng)力（奧氏體鋼熱脹系數(shù)很大）等疊加對(duì)管材產(chǎn)生很高的軸向拉應(yīng)力，導(dǎo)致點(diǎn)腐蝕坑處發(fā)生應(yīng)力腐蝕。67liyimin@4“四管”的典型失效案例4.3省煤器管的失效省煤器管中的水側(cè)腐蝕

68liyimin@4“四管”的典型失效案例介質(zhì)中的溶解氧、PH值、氯化物和硫酸鹽、溫度和載荷頻率對(duì)腐蝕疲勞的影響因素機(jī)械因素為主引起的腐蝕疲勞環(huán)境因素為主引起的腐蝕疲勞溶解氧＜5ppb＞10ppbP