高温过热器爆管原因分析及修复焊接工艺

张 雷

(山西省朔州市山西电建二公司焊接培训中心，山西036011)

某电厂三期№.5机组660 MW汽轮发电机自2008年11月11日16时00分开始进入168 h试运行，在2008年11月18日18时03分发现流量出现异常。经检查发现锅炉出现爆管，此时机组负荷为500 MW，累计运行时间为172 h。为此，就爆管的原因进行了分析，并提出了修复焊接工艺。

1 爆管原因

1.1 外观检查

依据“DL/T939-2005火力发电厂锅炉受热面管监督检验技术导则”以及“DL438-2000火力发电厂金属技术监督规程”，对爆管进行内外表面的外观检查。爆管破口开口较大，呈喇叭状，爆口宽度达105 mm，爆口撕裂长度达220 mm，爆口边沿距离管道焊缝熔合线25 mm，爆口处管壁比原管璧厚度相对薄了许多，边缘为韧性撕裂断口的特征，爆口的内壁附近由于受到管内高速高压高温蒸汽的冲刷而显得特别光洁，爆口外壁呈蓝黑色，由于受到高速泄露介质的反作用力，使泄漏的管子发生了160°左右的大变形，造成了大范围内的管排管子变形、吹损、碰伤c及管壁厚度减薄，爆管原始形状见图1。

对管子进一步检查时发现，爆口位于T91与TP347H异种钢焊口处，规格为∅45 mm×7 mm。焊接接头处有一个宽12 mm，高6 mm的焊瘤，这可能导致了管内异物卡在焊口处而造成了本次爆管。

图1 高温过热器爆管图Figure 1 The bursted pipeline pictures of the elevated temperature superheater

在对高温过热器集箱采用内窥视频检查时发现，高温过热器集箱内第18排接管管孔内存在有氧化铁，如图2所示。集箱可能没有进行喷砂处理，导致一些氧化铁未能清理干净而遗留在集箱内部，在高温高压蒸汽的作用下，从集箱内壁脱落造成管内介质受阻，从而导致高温过热器管排发生爆管事故。

1.2 蠕胀检测

针对爆管本身，按图3所示进行了管径测量，依此来判断管子的蠕胀状况是否合格。

管径测量结果见表1。从测量结果可以看出，只有位于焊缝两侧的蠕变合格，这是由于焊缝的强度大于母材本身的原因。

1.3 光谱分析

对爆管段进行了光谱检测并且未发现异常，表明不是由于错材引起爆管。

1.4 硬度检测

对爆管表面进行了4点硬度检测(见图3)，硬度值测量结果为120～134HBS，硬度指标明显低于DL/T438《火力发电厂金属技术监督规程》的要求值175HBS，造成爆管处硬度值偏低的原因一个可能是管子本身材质就存在问题，再一个原因就是管内介质受阻后造成短时间内管子温度较高。

图2 管座内氧化铁存在状态Figure 2 The picture for the ferric oxide in the tube holder

图3 管径测量图Figure 3 The schematic diagram for measuring the pipeline diameter

测点编号原始管径/mm实测管径/mm蠕变量(%)计算值标准值评定结果1234567891011121314151617454545454545454545454545454545454545.9/46.046.18/45.9845.98/46.1645.98/46.045.32/45.2045.10/45.1645.72/45.9045.80/46.045.92/46.1845.78/45.9046.40/46.045.98/46.045.90/46.1645.9845.9046.8846.402.222.622.582.220.710.362.02.222.622.03.112.222.582.182.04.183.11≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20超标判废超标判废超标判废超标判废合格合格超标判废超标判废超标判废超标判废超标判废超标判废超标判废超标判废超标判废超标判废超标判废

2 爆管修复焊接工艺

本次爆管修复焊接主要有T91和TP347H两种材质的同种材质对接和异种材质对接，同种材质对接的焊接工艺都比较成熟，本次爆管修复焊接工艺主要针对T91+TP347H异种材质接头的焊接。

由于T91和TP347两种钢的焊接难度都很大，对于异种接头的焊接难度就更大了。为了保证焊接质量，焊接材料的选用非常重要。Cr是强碳化物形成的元素，能够降低碳的活度。T91钢中Cr≈9%，而TP347H中Cr≈19%，Cr含量相差10%。如果采用高匹配焊材，T91钢侧的碳活度较高，使得T91钢侧的自由碳越过熔合线向高Cr侧的焊缝迁移，在熔合线的焊缝侧形成明显的增碳层，而在T91侧形成脱碳层，容易导致T91钢侧热影响区产生早期失效。若选用低匹配的焊材，碳迁移程度将减少，但焊缝组织将不可避免的出现淬硬马氏体组织和少量铁素体。而采用焊后热处理和控制层间温度可以降低该现象造成的危害。所以针对上述几点考虑选用ER347焊丝，规格为∅2.5 mm，焊接电流为70 A～90 A，焊接前采用火焰预热，火焰预热温度为250～300℃。焊接时应采取管子内壁充氩保护，氩气流量为(10±2)L/min。焊接过程层间温度控制在350℃以内，焊接完成之后对焊口进行750±10℃×0.5 h的焊后热处理。

经过修复，机组至今已运行近270天，未发生质量事故。

3 结论

(1)造成本次爆管的主要原因是T91与TP347H材质异种钢接头处有一个宽12 mm、高6 mm的焊瘤，并且集箱接管座处存在氧化铁从而造成管排短时间温度过高，管子力学性能急剧下降最终造成爆管泄漏。

(2)选用低匹配的焊接材料，采取合理的焊接参数和热处理参数，可以减小焊接对熔合区的增碳、脱碳层的影响，同时可以消除TP347H钢材接头区的敏化作用，提高焊缝的质量。

(3)在今后的工程施工过程中，应杜绝焊口存在类似的缺陷，在封闭集箱或容器时应认真对其内部进行检查，排除爆管隐患。

[1] DL/T869-2004 火力发电厂焊接技术规程.

[2] T/P91 焊接工艺导则.

[3] DL/T752-2001 火力发电厂异种钢焊接技术规程.

[4] DL/T819-2002 火力发电厂焊接热处理焊接技术规程.

[5] 杨富.新型耐热钢的焊接.北京：中国电力出版社，2006.

[6] 余燕，吴祖乾. 焊接材料选用手册.上海：上海科学技术文献出版社，2005.

[7] 邓金健. T91和TP347异种钢焊接工艺讨论. 湖南电力，2005.