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某電廠300MW鍋爐水冷壁管泄露原因分析及對策建議

文檔作者：鄭小騰，竺哲明，余煥偉文檔來源：紹興市特種設備檢測院		點擊數：	更新時間： 2021年11月17日
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第6期
2015年11月
鍋爐制造
BOILER MANUFACTURING
No. 6
Nov. 2015

某電廠300 MW鍋爐水冷壁管泄露原因分析及對策建議
鄭小騰，竺哲明，余煥偉
(紹興市特種設備檢測院，浙江紹興312071)
摘要:某電廠電站鍋爐水冷壁管發生開裂泄漏造成停爐。本文對開裂管樣進行了外觀、硬度、金相、掃描電 鏡等檢查，并對失效原因進行了分析,判定該爐管開裂是由于氫損傷導致，并提出了相應對策建議。
關鍵詞：水冷壁管;開裂;失效分析;氫損傷
中圖分類號:TK223.3	文獻標識碼:A	文章編號:CN23 - 1249(2015)06 -0026 -03
Failure Analysis and Countermeasures on the 300 MW
boiler water - cooled wall pipe bursting
Zheng Xiaoteng, Zhu Zheming, Yu Huanwei
(Shaoxing Special Equipment Testing Institute,Shaoxing 312071 , China)
Abstract: In this paper, aimed at a boiler shut 一 down accident caused by the water - cooled wall pipe bursting, some inspections of the cracked tube such as appearance, hardness, metallography and scanning electron microscopy were performed and the failure reason was also analyzed ； then a conclusion that the pipe cracking was due to a hydrogen corrosion was determined and the corre¬sponding countermeasures and suggestions were proposed.
Key words: water 一 cooled wall pipe ； bursting ； failure analysis ； hydrogencorrosion
0引言
水冷壁管是電站鍋爐的重要部件，其管內往 往承受蒸汽帶來的高溫高壓及腐蝕作用,管外又 有高溫煙氣的沖刷磨損⑴，因此水冷壁管是電站 鍋爐停爐檢驗的重點之一,其正常運行也是保障 電站鍋爐安全的重要方面。
某電廠300 MW亞臨界鍋爐，四角切圓燃燒。 鍋爐最大連續蒸發量1 025 t/h,主蒸汽出口設計 壓力和溫度分別為17. 5 MPa和540七。爐膛水 冷壁是由620根20 G管子組成的膜式水冷壁，管 子規格為60x5 mm0在投入使用10年后左墻后 數第98根水冷壁管(15 m標高處)，發生開裂泄 漏，累計運行時間約78 000小時。
1水冷壁管開裂宏觀形貌
爐管開裂部位肉眼可見開裂長度約200 mm。
收稿日期=2015 -08 -22
作者簡介：鄭小騰，工作于紹興市特種設備檢測院。 
鄭小騰，等:某電廠300 MW鍋爐水冷壁管泄露原因分析及對策建議	? 27 -

截取其中長約20 mm樣品進行分析研究,其開裂 處橫截面及內表面形貌分別如圖1和圖2所示， 據圖可看出爐管開裂處無鼓包、無明顯塑性變形， 裂紋已貫穿爐管壁厚。在爐管開裂處內表面，覆 有一層較厚的腐蝕物，未見其它明顯裂紋。
2硬度分析
對樣品管開裂處及未開裂處（裂紋對面）進 行布氏硬度檢測，結果如表1所示。
表I水冷壁管硬度檢測結果（HBW）
編號	1	2	3	4	5	平均值
開裂處	71	69	73	69	75	71.4
未開裂處	122	119	116	118	124	119.8

硬度檢測結果表明,開裂處附近硬度值僅為未 開裂處（裂紋對面）的60%，兩者硬度值相差較大，且 均低于DI>T 438 - 2009附錄中20鋼硬度推薦值。
3顯微組織分析
對樣品管未開裂處（裂紋對面內表面）和開 裂處附近內表面進行打磨、拋光、4%硝酸酒精溶 液腐蝕，然后進行組織觀察和分析。圖3和圖4 分別為未開裂處（裂紋對面內表面）和開裂處附
 
圖3樣品管未開裂處（裂紋對面內表面）金相組織

圖4樣品管開裂處附近內表面金相組織

近內表面顯微組織。
從圖3可以看出，樣品管未開裂處（裂紋對 面內表面）金相組織為鐵素體+珠光體，組織中 大部分珠光體形態保持較好，僅有部分珠光體發 生輕微空洞現象。從圖4則可以看出，樣品管開 裂處附近內表面金相組織基本為鐵素體，極少部 位保存有相對完整的珠光體形貌,絕大多數珠光 體已發生空洞、球化。
對樣品管開裂處附近內表面進行打磨，然后 分別用金剛石顆粒酒精懸浮液和SiO2水懸浮液 進行粗拋和細拋，在光學顯微鏡和掃描電鏡下觀 察，如圖5-6所示，從圖中可以看出，樣品開裂處 附近內表面組織中存在大量微裂紋，且微裂紋具 有明顯沿晶開裂特征。
 
圖5樣品管開裂處附近內表面微裂紋

圖6樣品管開裂處附近內表面微裂紋

4掃描電鏡分析
對樣品內表面開裂處斷口進行掃描電鏡 觀察，結果如圖7-8所示，從圖中可看出，樣 品管內表面開裂處斷口表面雖然已經腐蝕， 但是仍能看出開裂面相對平整，無明顯的塑 
 
性變形，韌窩較淺，呈結晶狀，表現出明顯的 沿晶脆性斷裂特征。
 
圖7開裂處附近內表面形貌（300倍）

圖8開裂處附近內表面形貌（2 000倍）

5水冷壁管開裂原因分析
綜合以上檢測結果分析，該鍋爐水冷壁管開 裂處無明顯塑性變形；應排除腐蝕減薄引起的失 效。但開裂處腐蝕明顯.硬度值下降，顯微組織發 生球化,表層脫碳.且發現有大量沿晶裂紋，為典 型電站鍋爐水冷壁管氫損傷特征2
電站鍋爐水冷壁管一般用材為碳鋼.根據 Nelson曲線可知：在高溫（＞ 220* ）高壓（大約在 1.4 MPa左右）臨氫條件下，水冷壁管金屬與H* 反應生成Fe"和其中-部分氫原子或氫分子 會滲入管壁，與基體中的C化合生成甲烷Fe,C + 2H2-^3Fe +CH；3 4 ,這不僅會消耗掉基體中的 碳,使管壁金屬強度下降.而且生成的甲烷還會在 晶界聚集，導致晶界應力開裂隨著以上反應的 持續進行，脫碳層區域擴大.晶間微裂紋長大并相 互連接，管壁金屬性能急劇下降，在內外壓差的作 用下最終將導致爆管。
因此，該水冷壁管開裂泄漏原因主要由氫損 傷造成。
6對策建議
1）	應加強對水冷壁管投入使用前的內表面 檢查和防腐處理，爐管內表面的完整性將有助于 阻止氫損傷的發生
2）	利用超聲等無損檢測方法加強對類似工 況水冷壁氫損傷進行排查
3）	加強水質監督。
參考文獻
II］周春樹.氫腐蝕對電站鍋爐水冷壁管的危害及預防 措施〔■!〕.吉林電力.2007,35（2）:50 -54
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［4］	劉兵，鄭坊平等.亞臨界300WM機組鍋爐水冷壁爆 管原因分析〔J〕.熱力發電,2008,37（10） ：35-38

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5結束語
近年來，電廠鍋爐爐頂“三漏”的現象經常發 生，成為了困擾電廠的難題。而鍋爐爐頂密封的 好壞，不僅影響鍋爐的安全運行和電廠工作環境， 同時降低了鍋爐各項性能指標和電廠的經濟效 益。所以解決鍋爐爐頂“三漏”問題迫在眉睫 而立體柔性密封無論在投資和投資冋報上都為徹 底解決鍋爐爐頂泄露提供了最佳方案和新的選擇 方向。

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