苏德林

摘  要：在我国社会生产力不断提高的背景下，电站工作压力不断增加，多种发电设备长期处于高温、高压运行状态下，会出现一定的质量问题。余热锅炉作为电站的主要发电设备，在日常使用过程中，经常会遇到过热管焊缝开裂问题，且导致该问题出现的因素较多，如果不进行科学的处理，会导致其工作效率降低，甚至引起严重的事故。因此，本文结合H电站的具体情况，对余热锅炉过热器管焊缝开裂原因进行深入地研究与分析，并提出一些合理的意见和措施，旨在进一步促进电站余热锅炉运行质量提高。

关键词：余热锅炉;过热管;开裂问题;形成原因;优化措施

在电站采用的余热锅炉结构中，过热器管段内壁会受到高温、高压水蒸气的氧化腐蚀作用，且过热管外壁会受到高温烟气的影响，整体运行条件较为恶劣。因此，会导致过热管的焊缝出现开裂问题，从而导致过热管失效，无法正常运行。过热管焊缝开裂问题是电站设备常见的问题之一，会导致电站锅炉停止运行，从而影响整体生产效率，所以必须对过热管焊缝开裂问题形成原因进行分析，并根据形成原因进行治理，降低该问题发生率，从而保障电站安全运行。

1 H电站余热锅炉基本参数

锅炉技术参数：

余热锅炉入口烟气量（设计）：93000Nm³/h

余热锅炉入口烟温度（设计）：920℃

工程装机（设计）：36MW

额定蒸发量（设计）：100t/h（低位发热值5800kJ/kg）

额定蒸汽温度：450℃

额定蒸汽压力（表压）：4MPa

鍋筒工作压力（表压）：4.5MPa

锅炉效率：≥80.5%

一次风温度（设计）：250℃

二次风温度（设计）：150℃

给水温度：120℃

中温过热管材质：12Cr1MoVG

该余热锅炉在H电站正常使用过程期间，过热管焊缝出现严重开裂问题，引起H电站高度重视，随之该锅炉停止运行，并将过热管的开裂段拆除，对焊开裂问题进行分析。

2 理化检验分析

2.1整体分析

因为H电站该余热锅炉中过热管数量较多，且裂纹表面形状一致，大部分为沿焊缝附件母材出现环向开裂，可以初步判定引起过热管焊缝开裂问题的成因一致。因此，H电站工作人员选择其中两段最为明显的裂缝管段作为理化性能实践检测对象，将两段管材分别编号为A1和A2。根据技术人员的观测，A1和A2管材内壁存在裂纹，裂纹主要集中在焊缝熔合位置，部分裂纹位于熔合部分两侧，内部裂纹程度大于外壁[1]。因此，技术人员初步判定该过热管焊缝开裂问题受到熔合区域的热量影响，由内壁开裂逐渐向外壁延伸。

2.2化学成分检验分析

下表为本次检验实验中选取的两段开裂管材化学成分分析具体情况。

根据上表数据可以看出，所选取的两段焊缝材料均符合国家标准规定，因此过热管焊缝开裂问题与材料无关。

2.3硬度检验

下表为本次实验中所选取两段开裂管段材料的硬度检验结果。

根据上述数据可以看出所选取两段开裂管段材料的硬度都符合国家标准规定以及12Cr1MoVG材料硬度规定，且根据相应的标准规定计算结果，接头焊缝的硬度值都高于厚壁侧母材硬度值，超出相关标准规定范围之内，焊缝与母材硬度相差较大的情况下，焊接接头内部会存有较高的残余应力，会导致焊缝缺陷位置引起应力集中的问题，从而导致过热管焊缝开裂问题出现[2]。

2.4金相检验分析

通过上述实验可以得到结论，所选取的两段开裂管段化学成分和硬度都没有明显区别，且裂纹形状基本相似，选择A2实验管段进行金相检验分析。根据金相检验结果来看，A2管段内侧母材的显微组织为铁素体和珠光体，外侧显微素质为铁素体和贝氏体，焊缝显微组织为部分铁素体和贝氏体，焊缝熔合区域存在着较多裂纹，裂纹具有二次分叉现象，裂纹扩展方式为沿晶为主，符合碳钢和低合金钢碱腐蚀基本特征。

2.5能谱分析

通过对A2实验开裂管材样本中腐蚀物的能谱分析及结果来看，腐蚀物中含有少量钠元素，说明余热锅炉加热工艺控制不够合理，导致部分碱液进入过热管中。

3讨论分析

碳钢和低合金钢具有碱脆性，也就是说碳钢和低合金钢在高浓度碱液中会发生腐蚀开裂问题，在较高的氢氧化钠溶液中，受到拉伸力和温度应力的影响，会导致碳钢和低合金钢出现开裂，由此可以判定过热管焊缝开裂的三个基本条件，即高浓度氢氧化钠溶液、拉伸应力以及温度应力。根据相关研究资料表明，碳钢在金属温度低于45℃的情况下不会出现碱脆开裂问题，但是如果碱脆的温度范围较大，容易导致碱脆温度在溶液的沸点附近。如果氢氧化钠溶液浓度较低，出现裂纹的概率也就较小，但是如果氢氧化钠溶液浓度过高，超过10%时，就容易引起裂纹出现[3]。

根据余热锅炉过热管焊缝开裂的位置上分布情况来看，裂纹主要集中在过热管的出口位置，在带弯头区域没有发现明显的开裂现象。根据对该余热锅炉的结构分析，当过热管受热变形时，直管部分在轴向膨胀会受到限制，焊缝区域会出现较高的拘束应力，但是带弯头区域因为有弯头能够吸收一定的膨胀量，所受到的拘束应力较小，所以不容易产生裂纹。此外，因为过热管焊缝自身质量较差，焊缝内壁熔合区域具有一定的咬边缺陷，且焊缝硬度过高，会导致熔合区域受到温度影响较大。

综合以上分析结果来看，本次H电站余热锅炉过热管焊缝开裂的主要成因为：余热锅炉内部结构设计不够合理，导致接头部分出现过高约束应力，同时因为过热管焊缝接头处具有焊接残余应力，以及加热过程工艺控制不够合理，导致部分碱液进入过热管中，在过热管内部位置聚集，在温度应力和碱液应力的多重作用下，导致焊缝出现裂纹。因为焊缝质量存在问题，导致裂纹向外不断扩散，最终形成严重的开裂问题。针对开裂问题，H电站需要对余热锅炉内部结构进行调整，并严格控制该锅炉的具体使用工艺，防止碱液进入过热管中，同时加强焊接处理质量，保证焊接缝不存在质量问题，从而能够有效避免裂纹问题产生，促进H电站生产效率提高。

结束语

综上所述，本文结合H电站出现开裂问题的余热锅炉，采用实验方式对其具体开裂原因进行分析，通过多项实验内容确定该余热锅炉过热管焊缝出现开裂问题的主要原因，并提出相应改善措施，希望能够对我国电站余热锅炉运行维护工作有所帮助。

参考文献

[1] 刘献良， 赖云亭， 陈忠兵，等. 余热锅炉过热器管焊缝开裂原因分析[J]. 金属热处理， 2019， 44（S1）：278-281.

[2] 郑天艳. 余热锅炉角焊缝裂纹原因分析及防范[J]. 电力安全技术， 2020， 288（03）：64-68.

[3] 何晓东， 曹海涛， 刘雪峰. 某电厂300 MW锅炉高温过热器管开裂原因分析[J]. 期刊论文， 2019， 55（7）：0032-0032.

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