某亚临界锅炉水冷壁泄漏失效分析

2015-04-10杨权

机械工程师 2015年8期

关键词：漏点管段水冷壁

杨权

（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

某亚临界锅炉水冷壁泄漏失效分析

杨权

（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

通过宏观形貌观察、化学成分分析、力学性能分析、显微组织分析等方法，结合锅炉的实际运行情况，确定此次水冷壁管发生泄漏是管子对接焊缝上存在焊接缺陷造成的。焊接缺陷导致对接焊缝与MPM焊缝交叉处发生泄漏，高压蒸汽冲刷两侧管子导致MPM焊缝两侧的管子发生大面积泄漏。

水冷壁；泄漏；失效分析

1 水冷壁管泄漏

某300 MW亚临界燃煤电站锅炉，开始运行时间为2011年4月14日，在锅炉30 d可靠性运行期间底部灰斗处锅炉水冷壁管（标高8000 mm，管子材质SA-210C，管子规格φ63.5 mm×7 mm）发生泄漏。样管宏观形貌见图1。经观察，从现场样管上共发现5个漏点，5个漏点位置均在管排一侧。5个漏点的分布情况分别为：管段A与管段B之间的环向焊缝与MPM焊缝交叉处有一个漏点，标识为漏点1，见图2；管段B上有一个漏点，标识为漏点2，见图2；管段C上有三个漏点，分别标识为漏点3、漏点4和漏点5，见图3。另外从图1也可以看出有补焊痕迹。

图1 发生泄漏样管的整体形貌

图2 漏点1和漏点2宏观形貌

宏观检查发现，漏点2至漏点5的形状均近似圆形，漏点附近有明显冲刷的痕迹，并且冲刷的方向是由外向内（相对管子而言）。剖开管段B后发现漏点1正好位于管段A和管段B管子对接环向焊缝上，并且焊缝成形质量不好，漏点1为明显的焊接缺陷导致的漏点。漏点1的方向正对着管段C上漏点3至漏点5。

通过宏观形貌观察，对漏点1及其内部的宏观形貌进行放大，如图4和图5所示。

图3 漏点3至漏点5宏观形貌

图4 漏点1放大形貌

图5 漏点1内部放大形貌

本文主要通过化学成分分析、力学性能分析、显微组织分析等方法，结合锅炉的实际运行情况，确定管子发生泄漏的原因。

2 样管理化性能分析

2.1 化学成分分析

采用SPECTRO M8型直读光谱仪，对管段A、管段B和管段C分别进行化学成分分析，分析结果如表1所示。由表1可知，管段A、管段B和管段C的磷、硫含量较低，说明其控制在较高的水平，三根管段的化学成分均符合ASMESA-210中C级的要求。

表1 样管化学成分质量分数 %

2.2 力学性能分析

受长度限制，管段A和管段B无法取出拉伸试样进行试验，因此，仅对管段C进行室温拉伸试验，对管段A和管段B进行硬度试验。在管段C上取纵向条形试样，采用WAW-1000D微机控制电液伺服万能试验机进行试验，分别测量抗拉强度、屈服强度和断后伸长率。在管段A和管段B上取硬度试样，采用TH300洛氏硬度计进行洛氏硬度试验。拉伸试验和硬度试验结果见表2所示。

表2 样管力学性能试验结果

由表2可知，管段C的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率,管段A和管段B的洛氏硬度均符合ASMESA-210中C级的要求。

2.3 显微组织分析

分别在管段A未吹损部位、漏点2、管段B未吹损部位、管段C的端部和漏点3取了5个金相试样进行金相检验，采用AXIOVERT200MAT金相显微镜进行显微组织分析。五个试样的金相组织如图6～图10所示。

从图6～图10可以看出，管段未吹损位置及漏点处的金相组织均为铁素体+珠光体，属于正常组织，晶粒度均为8级，控制得较好。

3 原因分析与讨论

通过观察样管的外部宏观形貌和管子内壁宏观形貌，共发现5个漏点，其中漏点2至漏点5均是从外壁向内壁减薄，且漏点以光滑圆弧向表面过渡，是典型的外部冲刷导致的漏点；从图4和图5中漏点1处内外部放大后的形貌可以看出，漏点1内外部均未出现圆弧，无冲刷痕迹，是典型的焊接缺陷导致的漏点。

通过对母材进行理化性能分析，管段A和管段B母材的化学成分和洛氏硬度以及管段C母材的化学成分、抗拉强度、屈服强度和伸长率均满足ASME SA-210中C级的要求。显微组织和晶粒度均控制在较好的水平。

图6 管段A未吹损部位

图7 漏点2处

图8 管段B未吹损部位

图9 管段C端部

图10 漏点3处

分析认为，漏点1是导致漏点2至漏点5发生泄漏的主要原因。漏点1发生泄漏后，内部高温高压蒸汽冲刷管段C，导致管段C发生泄漏，管段C泄漏后内部的蒸汽又冲刷管段A和管段B，同时冲刷MPM焊缝，导致管段B发生泄漏，管段B泄漏后又反过来冲刷管段C和MPM焊缝。MPM焊缝经过5个漏点反复冲刷，最终形成了坑状形貌。