楊繼銳,冀向昆
邯鋼邯寶熱電廠由3臺(tái)60 MW、沖動(dòng)式、高溫、高壓、單缸、調(diào)整抽氣、凝氣式汽輪機(jī)和3臺(tái)260 t/h純燒煤氣的高溫高壓鍋爐組成。鍋爐采用的是杭州鍋爐有限公司制造的高溫高壓、單汽包、自然循環(huán)、集中下降管、采用全膜式壁前吊后支結(jié)構(gòu)形式倒“U”型布置的煤氣鍋爐,鍋爐型號(hào)為NG--260/9.8--Q型,過(guò)熱器出口額定壓力為9.8 MPa,過(guò)熱器出口額定溫度為540℃。1#鍋爐自2008年10月投運(yùn)以來(lái),一直運(yùn)行正常。自2016年2月16日到2016年3月13日,屏式過(guò)熱器連續(xù)發(fā)生3次爆管事故,嚴(yán)重影響鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。
2016年2月16日,發(fā)現(xiàn)1#鍋爐屏式過(guò)熱器有泄露噪音,初步確認(rèn)為屏式過(guò)熱器爆管。隨后進(jìn)行停爐冷卻,車(chē)間技術(shù)人員和檢修人員進(jìn)入爐膛查找事故原因,發(fā)現(xiàn)屏式過(guò)熱器“U”型彎處有三根管道爆管。破口有如下特征:一是破口長(zhǎng)約20~30 mm,破口處有鼓包現(xiàn)象,破口斷面粗糙,不平整,破口邊緣是鈍邊,并不鋒利;二是破口附近有眾多的平行于破口的軸向裂紋。根據(jù)破口特征,認(rèn)為是屏式過(guò)熱器長(zhǎng)期過(guò)熱所致,經(jīng)高壓高速汽流沖刷導(dǎo)致壁厚變薄,在700℃高溫?zé)煔獾暮婵鞠聦?dǎo)致過(guò)熱爆管。隨后對(duì)有破口的“U”型屏式過(guò)熱器管束進(jìn)行了檢修更換,管束更換完畢后,對(duì)焊口進(jìn)行了探傷,鍋爐水壓實(shí)驗(yàn)合格后,啟動(dòng)鍋爐正常運(yùn)行。
2016年3月4日,發(fā)現(xiàn)1#鍋爐屏式過(guò)熱器有泄露噪音,認(rèn)為是屏式過(guò)熱器爆管。隨后進(jìn)行停爐冷卻,技術(shù)人員再次進(jìn)入爐膛查找事故原因,發(fā)現(xiàn)又是屏式過(guò)熱器有四根管道爆管,其中上次檢修更換的兩根新管也在“U”型彎又發(fā)生了爆管事故,破口特征和第一次爆管時(shí)的相同。但令人疑惑不解的是,距第一次檢修運(yùn)行僅20天,是什么原因?qū)е碌钠潦竭^(guò)熱器頻繁爆管呢?工程技術(shù)人員認(rèn)為是屏式過(guò)熱器在700℃左右的高溫下運(yùn)行,過(guò)熱器晶體組織發(fā)生了變化,耐溫性能下降,導(dǎo)致爆管。隨后又對(duì)“U”型彎爆管的管道進(jìn)行檢修更換,管束更換完畢后,對(duì)焊口進(jìn)行了探傷,鍋爐水壓實(shí)驗(yàn)合格后,啟動(dòng)鍋爐正常運(yùn)行。
2016年3月13日,距第二次檢修完運(yùn)行不到72 h,發(fā)現(xiàn)1#鍋爐屏式過(guò)熱器又發(fā)生爆管事故。結(jié)果又是屏式過(guò)熱器有四根管道爆管,其中上次檢修更換的四根新管也在“U”型彎又發(fā)生了爆管事故,破口特征和第一次爆管時(shí)的相同。這充分說(shuō)明了前兩次分析的原因是不充分的,經(jīng)專(zhuān)家診斷,查找資料分析原因,擴(kuò)大故障查找范圍,決定對(duì)12Cr1MoVG屏式過(guò)熱器管束進(jìn)行組織晶體結(jié)構(gòu)的化驗(yàn),同時(shí)隔開(kāi)集箱手孔,用內(nèi)窺鏡檢查屏式過(guò)熱器集箱的擋板,發(fā)現(xiàn)集箱擋板焊口開(kāi)裂,擋板發(fā)生傾倒。
3.1.1 宏觀分析
用砂輪截取3個(gè)試樣部分進(jìn)行宏觀觀察,其形貌如圖1所示。
圖1 試樣截面形貌
觀察所取三個(gè)試樣橫截面形貌,并測(cè)量其管壁尺寸,未發(fā)現(xiàn)存有較大差異,外觀尺寸見(jiàn)表1。
表1 12Cr1MoVG鍋爐管尺寸
因1#過(guò)熱器試樣管不是爆裂處缺陷試樣,不足以說(shuō)明其問(wèn)題,若壁厚存在較大差異,鍋爐管長(zhǎng)時(shí)間處于高溫蒸汽循環(huán)工作狀態(tài),其鍋爐管珠光體組織會(huì)完全球化(鋼管老化),且在高溫循環(huán)蒸汽長(zhǎng)時(shí)間腐蝕的狀態(tài)下,導(dǎo)致鍋爐管堵塞引起爆裂。
3.1.2 光學(xué)顯微鏡分析
從過(guò)熱、原樣、未過(guò)熱試樣分別取橫向試樣,經(jīng)制樣、磨光、拋光、腐蝕,用光學(xué)顯微鏡觀察過(guò)熱、原樣、未過(guò)熱試樣組織,對(duì)非金屬夾雜物、顯微組織和珠光體球化程度等進(jìn)行分析。
表2為依據(jù)GB/T10561-2005的夾雜物評(píng)級(jí)結(jié)果,可見(jiàn)硫化物夾雜含量處于較低水平,最高為1.0級(jí),因此可排除由硫引起的鋼管熱脆的可能性。同時(shí)未發(fā)現(xiàn)其它類(lèi)型的大尺寸夾雜物的存在,可以說(shuō)明夾雜物對(duì)該過(guò)熱管爆管的可能性很小。
表3為顯微組織、珠光體球化級(jí)別評(píng)定結(jié)果。
表2 夾雜物評(píng)級(jí)結(jié)果
表3 顯微組織、珠光體球化評(píng)級(jí)結(jié)果
3.1.3 分析與討論
由上述夾雜物分析結(jié)果可以排除由硫化物引起鋼管熱脆的可能性。宏觀觀察可發(fā)現(xiàn)壁厚不存在較大的差異,也可排除。高溫下發(fā)生珠光體球化是由于片狀是一種不穩(wěn)定的組織,當(dāng)溫度較高時(shí),原子活動(dòng)力增強(qiáng),擴(kuò)散速度增加,片狀滲碳體便逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙?,再集聚成大球團(tuán)。長(zhǎng)大的碳化物以球狀均勻分布于鐵素體晶界和晶內(nèi),從而使該處的屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、沖擊韌度、蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度下降。
用內(nèi)窺鏡檢查屏式過(guò)熱器集箱的擋板,發(fā)現(xiàn)集箱擋板焊口開(kāi)裂,擋板發(fā)生傾倒。把12組屏式過(guò)熱器集箱在擋板處逐個(gè)割開(kāi),發(fā)現(xiàn)第一組、第二組、第四組集箱擋板一側(cè)傾倒,二組、三組、第八組、第九組、第十組集箱一側(cè)擋板出現(xiàn)不同程度裂縫。(擋板實(shí)際位置見(jiàn)圖2)
圖2 屏式過(guò)熱器集箱內(nèi)擋板位置
1#鍋爐屏式過(guò)熱器集箱擋板鍋爐廠家安裝時(shí)只是單面焊接,擋板焊接強(qiáng)度低。運(yùn)行后鍋爐啟停次數(shù)頻繁,擋板在不同溫度場(chǎng)中發(fā)生熱脹冷縮,使擋板在焊縫處產(chǎn)生熱交變應(yīng)力,當(dāng)交變應(yīng)力大于焊縫處的屈服極限應(yīng)力時(shí),導(dǎo)致焊口開(kāi)裂,使擋板前后產(chǎn)生壓差,隨著運(yùn)行時(shí)間的增加,擋板在交變應(yīng)力和前后壓差不斷增大時(shí)發(fā)生傾倒;造成過(guò)熱蒸汽在集箱內(nèi)部發(fā)生“短路”,破壞了蒸汽的正常循環(huán),過(guò)熱器換熱管束蒸汽流量減少,甚至在屏式過(guò)熱器“U”型彎處出現(xiàn)不流通的“過(guò)熱蒸汽停滯區(qū)”,使屏式過(guò)熱器換熱管在“U”型彎處換熱不充分,換熱管在高溫?zé)煔庵幸虺瑴囟l(fā)生爆管事故。(屏式過(guò)熱器蒸汽流程如圖3所示)
圖3 屏式過(guò)熱器蒸汽流程圖
高溫過(guò)熱器管在高溫高壓蒸汽循環(huán)時(shí),鋼管內(nèi)壁長(zhǎng)時(shí)間處于高溫高壓狀態(tài),屏式過(guò)熱器晶體組織發(fā)生變化,珠光體完全球化(鋼管老化),珠光體完全球化是管道爆裂根本原因。
把12組屏式過(guò)熱器集箱在擋板處用氣焊逐個(gè)割開(kāi),對(duì)12組屏式過(guò)熱器24個(gè)擋板進(jìn)行檢查更換;焊接擋板結(jié)束后,對(duì)12組集箱24個(gè)破口進(jìn)行打磨,焊接前對(duì)集箱進(jìn)行預(yù)熱處理,焊口用R31氬弧焊絲打底,再用R317焊條一次焊接成功,焊口進(jìn)行熱處理且探傷全部合格。集箱擋板恢復(fù)正常,集箱焊接質(zhì)量符合要求。
對(duì)屏式過(guò)熱器集箱擋板傾倒的兩組過(guò)熱器換熱管進(jìn)行徹底更換,新管由鍋爐廠家提供,確保不再發(fā)生因換熱管晶體組織發(fā)生變化,珠光體完全球化而發(fā)生爆管事故。換熱管更換完畢后,鍋爐水壓試驗(yàn)合格,點(diǎn)火升溫升壓,鍋爐能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行。
通過(guò)對(duì)1#鍋爐屏式過(guò)熱器進(jìn)行正確合理的檢修,截至2017年10月,已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行15個(gè)月,沒(méi)有發(fā)生屏式過(guò)熱器爆管的現(xiàn)象;說(shuō)明1#鍋爐制定的檢修方案和檢修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是可行的。本次事故原因分析與故障處理的方法和過(guò)程,要求專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員在解決問(wèn)題時(shí)真正找到故障發(fā)生的內(nèi)在原因。給出的這些問(wèn)題的處理方法與解決過(guò)程,既有普遍性又具有自身的特點(diǎn),對(duì)于國(guó)內(nèi)同類(lèi)型鍋爐用戶有一定的借鑒意義。
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