600MW超臨界機(jī)組水冷壁泄漏分析

1、    600mw超臨界機(jī)組水冷壁泄漏分析    【摘  要】對(duì)某600mw超臨界機(jī)組發(fā)生泄漏的水冷壁管進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)、化學(xué)成分分析、硬度試驗(yàn)、金相分析、掃描電子顯微鏡（sem）形貌分析等理化檢驗(yàn)。結(jié)果表明，水冷壁管角焊縫局部存在焊接缺陷，導(dǎo)致角焊縫管側(cè)焊趾應(yīng)力集中部位在熱應(yīng)力、拘束應(yīng)力和介質(zhì)壓力的作用下萌生裂紋并向水冷壁管內(nèi)壁擴(kuò)展開(kāi)裂，導(dǎo)致泄漏?！娟P(guān)鍵詞】水冷壁;管角焊縫;焊接缺陷;泄漏;分析1引言某熱電廠#7鍋爐是東方鍋爐廠制造的dg1920/25.4-2型，系國(guó)產(chǎn)600mw超臨界參數(shù)變壓直流本生鍋爐，一次再熱、單爐膛、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，固態(tài)排

2、渣，全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)、露天布置，前后墻對(duì)沖燃燒。爐膛四周為全焊式膜式水冷壁，由下部螺旋盤(pán)繞上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁組成，螺旋管與垂直管之間由過(guò)渡段水冷壁和水冷壁過(guò)渡段集箱轉(zhuǎn)換連接。2水冷壁泄漏情況2020年2月29日8時(shí)40分，檢查發(fā)現(xiàn)鍋爐冷灰斗西南角水冷壁管處（零米干渣機(jī)南側(cè)上方水冷壁管道）有蒸汽向爐膛外泄漏。3月1日8時(shí)29分，#7機(jī)組解列停機(jī)，對(duì)泄漏部位進(jìn)行檢查和修復(fù)。3理化檢驗(yàn)3.1宏觀檢驗(yàn)泄漏管為冷灰斗螺旋水冷壁管由東往西數(shù)第59根入口水平段，泄漏點(diǎn)具體位于水封槽插板與擋灰板之間，如圖1a所示。裂紋沿著西側(cè)鰭片（材質(zhì)15crmo）角焊縫靠水冷壁管側(cè)熔合線擴(kuò)展，長(zhǎng)約

3、130mm，裂紋最大張口處約為1mm，管外壁裂紋張口略大于內(nèi)壁，角焊縫成型差，焊腳尺寸差較大，圖1b所示;管內(nèi)壁可見(jiàn)明顯穿透裂紋，管內(nèi)無(wú)明顯水垢及腐蝕產(chǎn)物覆蓋1，見(jiàn)圖2。3.2化學(xué)成分分析對(duì)泄漏水冷壁管、鰭片板、密封塞塊進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果均符合gb/t 5310-2017和gb/t 3077-2015參考標(biāo)準(zhǔn)要求，焊縫金屬化學(xué)成分未見(jiàn)明顯異常1（見(jiàn)表1）。3.3硬度試驗(yàn)對(duì)#59水冷壁管制取試樣進(jìn)行維氏硬度試驗(yàn)2，其母材硬度均超過(guò)gb/t 5310-2017參考標(biāo)準(zhǔn)要求范圍上限值;參考dl/t 869-2012要求和gb/t 1172-1999標(biāo)準(zhǔn)，焊縫及熔合區(qū)硬度均明顯偏高，#59管熱

4、影響區(qū)馬氏體組織硬度均值達(dá)379hv，具體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2所示。3.4金相分析對(duì)#59水冷壁管按圖3所示a-a截面開(kāi)裂位置截取橫截面試樣進(jìn)行金相分析。其中a1裂紋啟裂于管與鰭片的焊趾熔合區(qū)，經(jīng)粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)擴(kuò)展至母材部分相變區(qū)，見(jiàn)圖4;a2裂紋啟裂于焊縫近鰭片板處，經(jīng)熔合區(qū)、粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)擴(kuò)展至母材部分相變區(qū)，見(jiàn)圖5。3.5金相分析對(duì)#59水冷壁管開(kāi)裂部位截取的斷口試樣，進(jìn)行掃描電鏡微觀形貌觀察分析。#59水冷壁管a1斷口試樣進(jìn)行掃描電鏡形貌觀察。斷口左上方為原始斷口，右下方為新鮮斷口，原始斷口表面呈層狀撕裂，撕裂臺(tái)階處可見(jiàn)垂直臺(tái)階方向韌窩，斷口表面為穿晶和沿晶混合型開(kāi)裂，見(jiàn)圖6、圖7、圖8。斷

5、口表面可見(jiàn)解理臺(tái)階和扇形花樣等解理斷裂微觀形貌特征，見(jiàn)圖9。4 原因分析（1）宏觀分析表明：#59水冷壁管內(nèi)壁均無(wú)明顯腐蝕產(chǎn)物覆蓋;主裂紋均啟裂于管與鰭片的焊趾處，且均已貫穿，水冷壁管的貫穿裂紋附近焊縫同時(shí)存在未穿透裂紋;焊接接頭局部存在大塊未熔合和未焊透缺陷。（2）化學(xué)成分分析表明：#59水冷壁管以及密封塞塊和鰭片板材質(zhì)均符合gb/t 5310-2017相關(guān)技術(shù)要求，焊縫金屬化學(xué)成分未見(jiàn)明顯異常。（3）硬度試驗(yàn)表明：#59水冷壁管母材硬度試驗(yàn)結(jié)果顯示鋼管母材硬度均略高于gb/t 5 310-2017標(biāo)準(zhǔn)要求上限值，焊縫硬度整體偏高，超出母材硬度約120170hv，不滿(mǎn)足dl/t 869-20

6、12中焊縫硬度合格標(biāo)準(zhǔn)，其中熱影響區(qū)馬氏體組織硬度達(dá)363383hv。（4）金相分析表明：#59水冷壁管主裂紋啟裂于焊趾處，且均為穿晶和沿晶混合型斷裂，裂紋從外壁向母材方向擴(kuò)展：焊接熱影響區(qū)存在大量馬氏體組織，且存在二次過(guò)熱引起的碳化物沿奧氏體晶界偏聚析出;焊縫組織為針狀鐵素體+粒狀貝氏體，并有少量馬氏體，部分區(qū)域可見(jiàn)原奧氏體晶界碳化物沿晶界析出，不符合dl/t 869-2012中焊縫金相組織標(biāo)準(zhǔn);鋼管母材組織均為鐵素體+貝氏體+珠光體組織，母材組織均無(wú)明顯球化。（5）掃描電鏡微觀形貌分析表明：#59水冷壁管焊縫開(kāi)裂斷口有解理臺(tái)階和扇形花樣等解理斷裂微觀形貌特征，具有脆性斷裂特征。5結(jié)論通過(guò)對(duì)

7、#59水冷壁管進(jìn)行理化檢驗(yàn)，結(jié)果表面：水冷壁管角焊縫為針狀鐵素體、貝氏體及少量馬氏體組織，熱影響區(qū)存在淬硬馬氏體組織，焊縫及熱影響區(qū)硬度明顯偏高;角焊縫局部存在未熔合、未焊透及偏析等焊接缺陷;在角焊縫焊趾處過(guò)渡不平滑易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。滿(mǎn)負(fù)荷工況下，水冷壁管介質(zhì)溫度約315，鰭片板及塞塊不受火焰及煙氣加熱，鋼管與鰭片板及塞塊存在較大溫差，焊縫處產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力，同時(shí)角焊縫受到焊接拘束應(yīng)力和管內(nèi)介質(zhì)壓力作用，最終導(dǎo)致水冷壁管與鰭片及塞塊之間角焊縫焊趾的淬硬組織處萌生裂紋，并逐步向硬度相對(duì)較低的水冷壁內(nèi)壁擴(kuò)展開(kāi)裂，最終導(dǎo)致此次泄漏2。6建議建議對(duì)開(kāi)裂水冷壁管屏焊接接頭加強(qiáng)檢查，確保焊接工藝的科學(xué)合理，切實(shí)加強(qiáng)焊接過(guò)程控制，保證焊接質(zhì)量3。加強(qiáng)設(shè)備管理，結(jié)合機(jī)組大小修制定滾動(dòng)檢查計(jì)劃，盡早實(shí)現(xiàn)冷灰斗螺旋水冷壁入口水平段全部角焊縫的無(wú)損探傷檢測(cè)，杜絕類(lèi)似缺陷的發(fā)生。參考文獻(xiàn)：1周洋，伏文，宋麗莎等.超超臨界1000 mw機(jī)組鍋爐水冷壁爆管原因分析j.材料保護(hù)，2020，53（12）：15