侯淑王番

（大唐珲春发电厂，吉林 珲春 133301）

过热器是锅炉受热面的重要组成部分，其作用是将蒸发系统产生的饱和蒸汽（一次蒸汽）加热成为具有一定温度和压力的过饱和蒸汽，以增加蒸汽的焓值，提高蒸汽的做功能力。过热器管漏泄是造成电厂非正常停机的常见形式，一般占机组非正常停机事故的50%，最高可达80%，严重影响机组的安全性和经济性。2015年2月4日，某发电厂4号锅炉过热器管出现泄漏，造成机组非正常停机，本文通过光谱、力学性能及金相分析，找出了过热器管泄漏的原因，并给出了处理措施。

1 设备概况

该发电厂4 号锅炉型号为WGZ1025/18.44－10，过热器材质为T91和12Cr1MoV，规格为φ44.5 mm×7mm，过热器位于炉膛正上方，由两个进口联箱分别引出6组管屏，每组由8小片组成，每小片由7根管子绕制而成。壁温监测点安装于每组大屏的第5组小屏出口管上。过热器管壁温报警温度为524 ℃。2015年2月4日，4号锅炉过热器发生爆管，造成机组停机，锅炉累计运行55 644h。本次漏泄管段材质为12Cr1MoV，过热器管限位块材质为ZGCr20Ni14Si2Mn1.5。

2 宏观检查

对过热器进行宏观检查，发现标高58m 有3处爆口。第1爆口位于第2排8屏后数第12根下数第3个限位块焊缝，沿着焊缝热影响区撕裂，破口长50mm，宽6mm，周围有吹损痕迹。破口的断裂面粗钝，边缘不锋利，附近有平行轴向的裂纹，管子内、外表面有氧化皮，爆口宏观形貌见图1。第2 爆口位于第2排第7屏后数第1根，有明显介质吹损减薄痕迹，是第1爆口介质吹向炉前，将同排相邻出列的第7屏后数第1根管吹损减薄后漏泄。第3爆口位于第3排第8屏后数第7根，该处管段断裂，断裂后导致第8屏呈130°夹角变形，断口横断面一侧壁厚7mm，另一侧减薄至2mm 左右。

图1 第1爆口宏观形貌

3 理化及金相分析

3.1 光谱分析

使用直读光谱仪对过热器管、限位块及限位块与管材焊缝进行合金成分分析，分析结果见表1。过热器管合金成分符合GB 5310—2008《高压锅炉用无缝钢管》标准要求，限位块与焊缝合金成分符合GB/T 20878—2007《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》标准要求。

表1 合金成分实测与标准值对比

3.2 力学性能分析

在爆口附近选取3个具有代表性的部位取样，进行力学性能试验，取样位置及试验结果见表2。其中第2排8屏后数第12根下数第2个限位块处和第2排8屏后数第12根下数第3个限位块处（第1爆口）抗拉强度低于GB 5310—2008标准（470～640/MPa），第2排8屏后数第3根入口下数第2个限位块与第2排7屏后数第1根（第2爆口处）抗拉强度符合GB 5310—2008标准要求。

表2 力学性能试验结果

3.3 金相分析

用LECO300大型显微镜对过热器管试样进行金相分析。第2排8屏后数12根管第1爆口附近割取试样的金相组织为铁素体＋碳化物，球化级别为4.5级，见图2。

第2排7屏后数第1根管（第2爆口）的金相组织为铁素体＋珠光体，珠光体球化级别为3 级，见图3。

图2 第1爆口附近金相组织 200倍

图3 第2爆口附近金相组织 200倍

通过以上分析，过热器管、限位块及其焊缝均与设计材质相符，第2排8屏后数第3根管的入口抗拉强度符合GB 5310—2008标准要求，金相组织球化3级，但出口从下数第2个限位块起抗拉强度均不合格，而且金相分析球化等级逐级升高，此管段出口管的力学性能严重劣化，金相组织严重老化。第2排8屏后数第12根管第三个限位块（第1爆口）首先漏泄，其他两处均为被第1爆口吹损后漏泄，并造成第3爆口处断裂。

4 爆管原因分析

对近3个月过热器超温情况进行统计，未发生超温10 ℃持续10min以上现象，但单次瞬间超温10 ℃以上，共发生12次，超温最高值540 ℃，说明运行期间过热器有超温现象。

机组运行中过热器管屏晃动，限位块与母材之间产生应力，限位块焊缝在焊接过程中形成的残余应力及机组运行中的交变应力与炉管内气流波动引起的振动应力等相叠加，使焊缝区域交变应力水平较高，是过热器爆管的主要原因；爆口管材为12Cr1MoV，限位块材质为奥氏体不锈钢，由于两者耐热性能和膨胀系数存在差异，在工作条件下低珞钼钒钢平均线膨胀系数为13.93，而奥氏体钢为18.19，从而导致在接头处存在热胀差，在低等级材料部分出现轻微蠕变，随着运行加快蠕变速度，使管材强度下降，这是过热器爆管的次要原因。

焊接接头本身就是构件的薄弱部位，而熔合线及热影响区又是焊接接头的最薄弱区域，这样在交变应力作用下导致沿着焊缝热影响区撕裂，且爆口介质冲刷其他管壁使其壁厚减薄，强度急剧下降，在交变应力的作用下发生断裂。

5 处理措施及结论

过热器管在高温运行的过程中，在交变应力作用下使焊接接头热影响区受到应力幅值较高的载荷作用，加上限位块与过热器管材质不同，两者存在膨胀系数的差异，最终导致开裂失效。

对第2排3处爆口换管处理，割除因断管造成变形的管屏，并在二次密封联箱处进行封堵。全面排查其他限位块焊缝情况，对过热器7 398个限位块进行着色渗透探伤，检查发现限位块裂纹63处，其中62处焊缝裂纹，1处裂纹延伸至母材。焊缝裂纹全部打磨后补焊处理，在第2排8屏后数第12根下数第3个限位块（第一爆口）管段发现裂纹延伸至母材，对其进行更换。在过热器高温区（从炉前向炉后数第1屏出口段）增加6处壁温测点，多方位对管壁温度进行监控。处理后对4 号炉进行了水压试验，检查承压部件无泄漏，水压试验合格，锅炉至今运行良好。