湛江某电厂2号炉高温再热器爆管原因分析及对策

湛江某电厂2号炉高温再热器爆管原因分析及对策

李永新

（湛江电力有限公司广东湛江524000）

摘要：本文采用宏观检验和金相检验的方法对湛江某电厂高温再热器爆管的原因进行分析。结果表明，高温再热器管子组织老化严重、外壁氧化减薄且存在晶界氧化裂纹是爆管的主要原因，该次爆管性质为长时过热爆管。

关键词：高温再热器老化爆管

1设备概况

湛江某电厂2号锅炉为东方锅炉厂生产的DG1025/18.2-Ⅱ（3）型亚临界压力、中间再热、自然循环单炉膛、全悬吊露天布置、平衡通风燃煤汽包炉，于1995年12月26日投产运行，主蒸汽压力16.67Mpa、温度540℃。高温再热器每屏由7根管子组成U型管屏，共计58屏，材质为12Cr2MoWVTiB，规格为Φ60×4mm，蒸汽出/入口温度为316/540℃。截至本次停炉，累计运行时间133562.1小时。

2事故现场

2号炉高温再热器于2015年3月26日发生爆管，最初爆管位置位于炉左往右数第25排、炉后往前数第6根管子（25-6），爆管后管子吹损严重，共有7根管子出现爆口，14根管子严重吹薄；从现场检查发现炉前管子表面氧化皮较少，炉后管子特别是后数第六根管表面氧化皮较厚，主要集中于左数第23排至31排之间，管子表面已出现凹坑，存在不同程度的局部减薄；见图1。

由以上照片看，高温再热器在长期高温、应力作用下，管子内外壁均存在较厚氧化皮，且外壁氧化皮已经开始剥落，管子减薄严重；管子组织也发生了变化，外表面氧化脱碳严重，出现晶间氧化腐蚀裂纹，基体存在较多的蠕变孔洞且已呈链状分布，贝氏体区域内的碳化物已显著分散向晶界聚集，老化严重，导致管子的强度大大降低。

5历年监督资料分析

2003年1月机组运行43987.58小时，对高再出口12Cr2MoWVTiB管子取样进行金相分析、硬度测定及氧化层厚度测量、管子当量金属壁温的计算以及剩余受命的估算，对老化程度做出评定。金相分析显示，试样组织呈中度球化，球化级别为2-3级，组织正常；炉内管子硬度值（135HB）比炉外降低了20HB左右，且已低于12Cr2MoWVTiB硬度要求的下限（150HB）；管子内壁氧化皮较坚硬，沿内壁分布均匀，没有发现脱落现象，实测0.42mm，管子外壁氧化皮已出现不同程度的脱落，实测0.36mm；根据金相氧化皮测量厚度12Cr2MoWVTiB管段最高当量金属壁温为601.5℃，剩余寿命>40000小时；考虑到只有硬度值低于管子要求硬度的下限，决定对高再管暂不作处理，监督运行。

2010年2月机组运行96741小时，对高再管子氧化皮测厚、金相分析及常温机械性能试验进行寿命综合评估。经氧化皮测厚显示，104根管子内壁氧化皮厚度≥0.296mm，77根管子内壁氧化皮厚度≥0.350mm；R102试样组织中贝氏体位向严重分散，晶界变粗出现双晶界现象，球化级别为5级，属严重球化，晶粒度为粗3级；力学性能试验发现，高再管子的屈服强度（255-330Mpa）、断面延伸率（14-16%）均低于GB5310-2008的要求（≥345Mpa、≥18%）。根据以上结果，决定对内壁氧化皮厚度>0.350mm的管子及现场检查外表面氧化皮较厚的共计89根管子进行更换，其它暂不作处理，监督运行。

2014年1月机组运行125018.8小时，对高再管子取样进行氧化皮厚度、机械性能及金相分析。检查发现内壁向火侧氧化皮厚度达0.8mm，背火面氧化皮厚度0.40mm，管子壁厚不均匀，向火侧管壁局部部位减薄较多；机械性能试验发现，管子迎火面、背火面材料的屈服强度（259-284Mpa）和抗拉强度（439-457Mpa）都明显低于GB5310-2008标准的要求（≥345Mpa、540-735Mpa）；金相分析显示管子组织属中度老化，老化级别为3-4级，晶粒度8-9级，管子内壁晶界氧化裂纹深度为3-4个晶粒，约0.5mm，最大碳化物尺寸为3μm。根据以上结果，提出对高再管屏进行整体更换的建议。

综上所述，高温再热器管子经长期运行已逐渐老化，使用至今其氧化皮厚度、金相组织、机械性能均已不合格。随着运行时间的增加，管子内外壁的晶间裂纹及基体的蠕变孔洞在主应力的作用下不断扩展、积聚成宏观裂纹，在应力和温度的作用下最终在管子薄弱点开裂导致爆管。

6结论及建议

高温再热器管子在长期高温运行下导致组织严重老化、机械性能大大降低，管子内部产生蠕变孔洞及微观裂纹，已达到不稳定状态，在应力的进一步作用下最终爆管泄漏。

结合机组的实际情况，提出以下建议：

1、加强锅炉运行参数的监控，防止高再管子出现超温运行，减缓炉管老化损伤速度；

2、考虑到没法及时安排对高再管屏进行整体更换，下次小修时应对其进行全面检查和综合寿命评估，优先更换老化损伤严重的炉管（经综合评估剩余寿命≤40000小时的），提高部件运行的可靠性；

3、利用下次大修时间对该高温再热器管屏进行整体更换，并把材质整体更换为T91，彻底消除12Cr2MoWVTiB管材老化带来的问题。

参考文献

[1]彭哲言.热电站煤粉锅炉水冷壁爆管原因分析及预防措施研究[D].华东理工大学,2014.

[2]吴磊.1025t/h锅炉高温过热器爆管原因分析与寿命预测[D].武汉大学,2004.

[3]苏起.防止顶棚过热器爆管的试验研究[D].华北电力大学（河北）,2004.