某煤矸石電廠3#爐高溫再熱器爆管原因分析

王鵬宇

(國網山西省電力公司電力科學研究院 山西太原 030001)

某煤矸石發電有限責任公司3#爐為上海鍋爐廠有限公司設計、制造的型號為SG-1060/17.5-M802型的亞臨界單汽包自然循環，一次中間再熱、循環流化床燃燒方式，全鋼架的鍋爐。高溫再熱器管材質為TP321，規格φ63.5 mm×6.5 mm，爆管位置在3A外置床高溫再熱器高溫室（靠前墻）上部區域，再熱器9根管排中間直管段全部爆管（含3根懸吊管）。

管樣編號：1#樣—高再脹粗管；2#樣—高再從爐左到右第1根管，具體見圖1。

圖1 管樣編號示意圖

1 試驗結果

1.1 宏觀形貌分析

1#樣爆口的宏觀形態見圖2，管子已被泄漏的高溫蒸汽沖斷，原始爆口原始特征已不明顯，殘余斷口存在減薄，管子外表面呈現樹皮狀龜裂，脹粗嚴重，最大外徑為71.63 mm，變形嚴重[1]。

圖2 爆口宏觀照片

1.2 光譜檢驗

在1#樣和2#樣上取樣進行光譜檢驗分析，結果如表1 所示。光譜檢驗的結果表明：合金元素含量滿足ASME SA213標準要求[2]。

表1 光譜檢驗結果

1.3 力學性能試驗

在管子上取樣，加工成等寬條狀試樣，按《金屬材料 拉伸試驗 第1 部分：室溫試驗方法》（GB/T 228.1-2021）標準進行拉伸試驗，結果如表2所示。

表2 式樣力學性能結果

力學性能的試驗結果表明：1#管樣的一個屈服強度值滿足ASME SA213標準的要求，其余值低于ASME SA213標準的要求；2#管樣一個屈服強度值低于ASME SA213 標準的要求，其余值滿足ASME SA213 標準的要求。

1.4 金相試驗

分別在1#管（爆口附近取樣）、2#管取樣進行金相試驗，結果如下：對1#金相試樣侵蝕前進行觀察，發現管內壁、管外壁、管中間母材，有許多微小裂紋，具體見圖3；侵蝕后，管子裂紋形貌如圖4 所示；侵蝕后，發現裂紋沿晶擴展，晶界上有大量非正常物相析出，如圖5所示；侵蝕后觀察金相組織為奧氏體，如圖6 所示；在2#試樣上發現管外壁存在微小裂紋，如圖7所示。

圖3 1#樣侵蝕前裂紋形貌

圖4 1#樣侵蝕后裂紋形貌

圖5 1#樣侵蝕后組織中的析出相

圖6 1#樣侵蝕后組織

圖7 2#樣侵蝕前形貌

侵蝕后，管子外壁裂紋形貌，如圖8 所示；侵蝕后金相組織為奧氏體，晶界上有少量析出相，如圖9所示。

圖8 2#樣侵蝕后外壁裂紋

圖9 2#樣侵蝕后組織

1.5 布氏硬度試驗

對1#金相試樣和2#金相試樣進行布氏硬度試驗，試驗結果如表3所示。

表3 布氏硬度檢測結果

布氏硬度試驗結果表明：1#試樣和2#試樣的布氏硬度值滿足ASME SA213標準的要求。

2 結果分析

（1）1#樣管子被泄漏蒸汽吹斷，管子有明顯脹粗現象。

（2）從1#管、2#管的試樣的光譜分析結果看管子的合金元素滿足ASME SA213標準的要求。

（3）1#管樣除一個屈服強度值滿足ASME SA213標準的要求，其余值低于ASME SA213標準的要求；2#管樣只有一個屈服強度值低于ASME SA213標準的要求，其余值滿足ASME SA213標準的要求。

（4）從1#樣、2#樣的金相試驗的結果看，金相組織為奧氏體[3]，1#樣晶界有大量非正常物相析出，裂紋在晶界處形成、擴展；2#樣外壁存在微裂紋。

（5）從1#樣、2#樣布氏硬度試驗結果表明：1#試樣和2#試樣的布氏硬度值滿足ASME SA213標準的要求。

從1#樣的金相觀察分析看出，奧氏體晶界有明顯析出相，是由于管子超溫所致。管子有明顯脹粗現象，說明管子在超溫幅度較高。管子在超溫狀態下運行[4-5]，會使非正常物相在晶界處析出加速，造成在晶界處產生裂紋源[6]。在管子內壓和高溫雙重作用下，裂紋擴展達到臨界尺寸后[7]，迅速擴展導致管子開裂。

3 結論及建議

（1）高溫再熱器爆管是由于超溫導致管子在晶界處形成裂紋并在管子內壓和高溫雙重作用下快速擴展，導致管子開裂。

（2）建議對超溫區域相鄰管子進行檢驗，分析其是否在超溫運行下產生微裂紋，減少事故的發生。

（3）建議盡快查找導致超溫的原因，避免由于超溫導致同類事故再次發生。