张杰

【摘  要】对某电站超临界锅炉T91钢高温过热器爆管进行试验分析，通过爆口宏观形貌分析、化学成分分析、显微组织观察、力学性能试验，认为T91钢高温过热器早期失效的原因是管子内存在异物堵塞，管子长期过热后加速老化，性能下降，最终导致爆管，分析堵塞原因并提出了相应对策。

【关键词】超临界锅炉;T91钢;高温过热器;爆管;堵塞;长时过热;

引言

过热器是电站锅炉受热面的重要组成部分，工作压力、温度均最高，是受热面中工作条件最为恶劣的部件。由于压力等级的提高，超超临界机组的承压部件在结构上发生了很大的变化，尤其是锅炉受热面管径急剧变小，使异物很容易在内径较小的水冷壁、过热器区域堵塞而造成爆管，特别是双U布置的过热器，异物更不易被蒸汽带走，造成流通面积减少，导致部分管子因冷却不足而发生爆管。

1爆管情况

某电站超临界机组锅炉运行中分散控制系统（DCS）发出锅炉四管泄漏报警，就地检查发现锅炉水平烟道上部标高71m处有明显泄漏声，初步判斷为末级过热器泄漏，随即申请停机。停机冷却后进入炉内检查，发现初始泄漏点为末级过热器出口段右数第10屏前数第11根管，泄漏点距离下弯头9.0m，距离顶棚2.8m，泄漏的蒸汽将附近12根管吹损泄漏。

该锅炉为SG-2080/25.4-M969型变压运行直流炉，四角切向燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、半露天布置、全钢构架∏形结构;额定蒸发量为2080t/h，过热器出口压力为25.40MPa，再热器出口压力为4.41MPa，过热器出口温度为571℃，再热器出口温度为569℃。至此次停机，累计运行仅12079h。

末级过热器横向布置82屏，分前后两片，逆流布置;横向节距为224.0mm，纵向节距为76.2mm;每片13根管。初始泄漏管子规格为38.1mm×8mm，材质为SA213-T91。

2试验分析

2.1爆口宏观检查

对末级过热器出口段右数第10屏前数第11根管初始爆口进行宏观检查：爆口处管径明显胀粗，最大为41.6mm;爆口狭小，长50mm，宽5mm，未完全张开，呈纺锤状;爆口部位管壁无明显减薄，爆口周围有较多纵向树皮状裂纹;爆口位于迎火侧。从爆口的宏观情况看，该爆管具有长时过热的特征。

在进一步的检查中发现，沿管子向上500mm处还存在一个明显的胀粗部位，最大胀粗为41.2mm，表面也存在明显的纵向树皮状裂纹。

对该屏管组前一根管子进行宏观检查，未发现异常，表面光滑，无明显胀粗。

2.2化学成分分析

使用3460直读光谱仪对管材进行化学成分分析，分析结果符合ASMESA-213—2010《锅炉、过热器和换热器用无缝铁素体和奥氏体合金钢管子》的要求。

2.3金相组织分析

使用OLYMPUS-GX71金相显微镜对爆管进行金相分析，侵蚀剂为盐酸FeCl3水溶液，分析结果如图3～图5所示。试样10-11-1金相组织为回火马氏体，组织严重老化，马氏体位相完全消失，碳化物在晶界析出、聚集长大，形成链状，管内壁氧化皮厚0.39mm;试样10-11-2金相组织为回火马氏体，组织严重老化，马氏体位相隐约可见，碳化物在晶界析出、聚集长大，管内壁氧化皮厚0.32mm;试样10-10金相组织也为回火马氏体，组织老化程度较轻，管内壁氧化皮厚0.15mm。

2.4力学性能检验

使用CMT5205电子万能试验机对管材进行拉伸试验，试样10-11-1和10-11-2的屈服强度、抗拉强度均低于ASMESA-213—2010《锅炉、过热器和换热器用无缝铁素体和奥氏体合金钢管子》的要求，其他结果也符合该标准要求。

2.5微观分析

对爆管、相邻管内壁（蒸汽侧）氧化层的微观形貌进行分析，并测量内壁氧化层厚度。可见相邻管内壁蒸汽侧氧化层为典型的多层结构，爆管、相邻管的氧化层厚度分别为0.48mm和0.40mm。

使用EDAXDX-4型X射线能量分散谱仪对爆管的内、外壁氧化层和下弯头处管内沉积物进行相结构分析。结果表明：（1）爆管内壁氧化层为铁、铬、钼的氧化物，但并不是均匀的，分层结构中合金元素铬、钼有明显的梯度变化，外层的均匀层和疏松层则均为单一铁的氧化物;（2）弯头内的沉积物形貌为黑灰色均匀薄片，其相结构中FeFe2O4（FeFe2O4为Fe2+和Fe3+氧化物的混合体）占54.2%，Fe2O3占45.8%，是爆管内壁铁的氧化物脱落沉积形成的。

3爆管原因

末级过热器出口段右数第10屏前数第11根为最初泄漏点，泄漏点距离下弯头9.0m，距离顶棚2.8m，该位置是过热器运行工况最为恶劣的位置。

宏观检查显示，爆口狭小、窄长，管壁无明显减薄，管径发生明显的胀粗，爆口位于迎火侧，爆口周围存在许多纵向树皮状裂纹，存在明显的长时过热爆管的宏观特征。

爆口附近及沿管子向上800mm处金相组织严重老化，碳化物在晶界析出、聚集、长大，管内壁氧化皮明显增厚，最厚达0.39mm，爆口附近金相组织比远离爆口的10-11-2老化更为严重，马氏体位相完全消失，碳化物在晶界形成链状。爆口附近及沿管子向上800mm处，管子的屈服强度、抗拉强度明显下降，已低于ASMESA-213—2010《锅炉、过热器和换热器用无缝铁素体和奥氏体合金钢管子》的要求，说明组织和力学性能严重劣化。

管子的化学成分符合标准要求。爆口附近试样10-10的外观、金相组织、力学性能良好，均满足标准要求，组织老化较轻，说明不是炉膛燃烧超温引起的过热。

综上所述，此次爆管泄漏的主要原因是长时过热，并且整段管子均存在过热，组织老化，性能下降。分析认为，末级过热器出口段右数第10屏前数第11根管内部由于某些原因导致汽水流通面积减小，介质流量减小，从而影响了传热效果，管子长时间处于超温运行状态，加速了氧化皮的生成，进一步影响传热，形成恶性循环，经过一段时间运行后，引起材料蠕变损伤，导致长时过热爆管。

4结论及建议

T91高温过热器发生长时过热爆管，期间未进行检修换管，下部弯头检查发现氧化皮数量不多，说明异物堵塞发生在制造或安装阶段。由于过热器管子较长，管径较小，异物未将管子堵死，对于异物的查找存在困难。鉴于抢修时间较短，对该管子进行解列，待到检修时更换整根管子。此次事故给我们以下警示。

4.1制造阶段应注重主联箱内部清洁度的检查，封堵前应仔细检查和清理联箱内部，彻底清除“草帽圈”铁丝、棉纱、工具等杂物，特别是块状金属;加强对受热面管焊接质量的检查，防止产生焊瘤等超标缺陷，避免因焊口局部通径过小而造成异物堵塞。

4.2安装阶段应采取措施防止异物落入联箱和管子，严格进行通球检查，加强成品保护意识。

4.3严格控制机组的蒸汽吹管工艺。超临界锅炉吹管宜采取稳压与降压吹管相结合的方式，以提高吹管效果;吹管后应对各锅炉各集箱和受热面进行全面检查，将未吹出系统的杂物进行彻底清理，保证系统内部清洁。

4.4适当增加过热器和再热器的壁温测点，掌握管屏的温度分布，为运行控制提供依据。

参考文献：

[1]晏嘉陵.600MW超临界电站锅炉末级过热器管爆裂失效分析[J].理化检验（物理分册），2017，53（6）：445-448.

[2]锅炉、过热器和换热器用无缝铁素体和奥氏体合金钢管子：ASMESA-213-2010[S].

[3]蔡文河，严苏星.电站重要金属部件的失效及其监督[M].北京：中国电力出版社，2009.

（作者单位：华能海南发电股份有限公司东方电厂）