浅析发电锅炉过热器硬度超标的原因及处理

王 进

（南京市锅炉压力容器检验研究院，江苏 南京 210002）

1 锅炉简介

本文分析所用的锅炉为循环流化床锅炉，是由国外设计生产；国内引进的，锅炉型号为NG--220/9.8--Q8。该锅炉设计燃烧高炉煤气。

锅炉过热器的蛇形管被安装在水冷壁的折焰角上，共有16片沿炉宽方向分布。灌排的横节距和纵节距分别为609.6mm和57mm，由20根管子并联绕制成每片管屏。炉内受热面的管子均采用国产SA-213TP347H作为材质。管屏的内外圈管分别采用两种不同规格，其中管屏外圈管采用Ф50.8×8.9，其他均采用Ф45×7.8。（如图1）。

图1

2 故障检查情况

2.1 该锅炉过热器共发生四次爆漏情况：（此处应为2.1.1，然后下面序号，以此类推）

（1）2000年5月31日，锅炉过热器连续运行129小时，炉左第25屏外第2、4圈管子发生吹损，第3圈前内弯周向裂纹处出现原始泄漏。

（2）2000年7月1日，锅炉过热器连续运行104小时，炉左第10屏外滴2、3、4圈以及第23屏外第4圈管子发生吹损，炉左第23屏外第3圈前内弯周向裂纹处出现原始泄漏。

（3）2000年7月22日，锅炉过热器连续运行345小时，炉左第7屏第4、5圈以及炉左第6屏第2、3、5圈管子发生吹损，炉左第6屏外第4圈前内弯周向裂纹处出现原始泄漏。

（4） 2000年8月28日，锅炉过热器连续运行701小时，炉左第2屏第5圈以及炉左第1屏第1、2、3、5圈管子发生吹损，同时左侧水冷壁也有3根发生吹损，炉左第1屏外第4圈前内弯周向裂纹处出现原始泄漏。

在第二次爆漏后，我们对过热器弯头逐一检查，对每个过热器的弯头部分都采取了四次着色探伤检查，检查结果表明：共有八个弯头出现了周向裂纹。

以下为具体检查情况：

（1）2000年7月4日，我们着色检查了所有高过内弯，发现在炉左第1屏的外数第4圈后内弯；炉左第7屏的外数第4圈前内弯；炉左第12屏的外数第2圈前内弯；炉左第20屏的外数第20圈前内弯均发现了弯头周向裂纹情况。

（2） 2000年7月25日，我们着色检查了所有高过内弯，发现在炉左第1屏的外数第3圈前内弯；炉左第7屏的外数第4圈后内弯；炉左第11屏的外数第29圈前内弯；炉左第31屏的外数第3圈前内弯均发现了弯头周向裂纹情况。

（3） 2000年7月26日，我们对外数第2至5圈以及第20圈内弯进行了打磨，打磨后再着色探伤，结果发现无裂纹管出现。

（4） 2000年8月31日，我们着色检查了所有高过内弯，结果同样表明无裂纹管出现。

2.2 锅炉过热器爆漏的位置以及材质

该锅炉过热器4次爆漏及开裂所在部位：分别为外数的内圈管的第2、3、4、20根，无外圈管，在管屏的下部弯管内弯周向均出现裂纹。爆漏部分材质为规格Ф45×7.8的国产SA-213TP347H。

3 通过对爆漏情况的观察以及取样分析来探索过热器硬度超标原因

3.1 宏观分析

几次爆漏故障发生时，裂纹的开裂部分均未见塑性变形和减薄情况，且裂纹是从外壁向内壁发展，爆漏管子和裂纹均无胀粗情况。通过这些宏观现象可以分析出，故障基本是由于过热器内弯头的疲劳导致，而该“疲劳”现象则和过热器内弯处管材的硬度超标有直接关系。

3.2 通过金相分析试验探索过热器硬度超标的原因

为了解该锅炉过热器硬度超标的原因，我们对通过试验对爆漏管试进行了分析，以下为分析结果：

3.2.1 该试样的化学成分符合ASME SA213-2004对SA-213TP347H的标准要求。

3.2.2 内弯头的裂纹扩展面呈现脆性断面，其横向裂纹较为笔直，并未出现塑性变形。

3.2.3 通过断口能谱分析，发现有较多S元素和大量的氧化物出现在裂纹管的断口，弯管处出现微硬度超标。

3.2.4 通过晶间腐蚀试验发现有晶间腐蚀现象出现在未固溶处理的弯头处。裂纹顺着晶界扩展，有部分腐蚀产物出现在内部，并伴随有晶界扩展的分支微裂纹出现，裂纹呈现出氧化腐蚀特征。

3.2.5 从裂纹的断口性质和裂纹形貌来看，裂纹形成时应受到了较大的应力。由此可分析出，该裂纹属于以应力为主的应力腐蚀型裂纹。

3.2.6 由于以上因素的影响，加以弯头并未及时得到处理，就造成了过热器的硬度超标。

3.2.7 裂纹属于应力作用所造成的沿晶氧化腐蚀开裂。弯管的运行应力以及残余应力等会相叠加并形成内弧较大的轴向应力，造成周向沿晶裂纹出现于弯管内弧侧，并最终导致短时间的氧化开裂。

经以上分析可知：过热器硬度超标是由于燃煤中含有较高的硫导致。管子局部的热负荷过高，就会逐渐有腐蚀性的低熔点化合物向表面贴附。腐蚀区域的覆盖物的还原性气氛还会加速硫化腐蚀的前沿扩散，正是因为这个原因，在早期，弯管只呈现出微硬度超标，未经处理后逐渐演变为硬度超标的原因。

4 锅炉过热器硬度超标的危害及解决措施

4.1 危害

锅炉过热器内弯处管材硬度超标和其它不利因素（如过热器不合理的管系设计所导致的烟气紊流和过热器之间的共振作用）会同时导致过热器弯头疲劳失效加速，并促成过热器爆漏事故的发生。

4.2 处理措施

为解决由锅炉过热器硬度超标所导致的过热器弯头疲劳失效加速问题，笔者提出以下两点措施：

4.2.1 对裂纹多发区域的弯头进行更换，如2、3、4以及20内圈管裂纹多发部分的弯头（共计45个）。

4.2.2 通过弯头打磨、全面着色检查以及对以出现损伤和裂纹的管子进行更换的等方式加大对过热器硬度超标的检查和防范力度。其中弯头打磨能够有效地解决过热器硬度超标问题。早期的微硬度超标是由于有较多S元素和大量的氧化物出现在过热器弯头造成的，如果对其进行及时的裂纹打磨处理，去除过热器弯头上的S元素和氧化物，就可以有效地解决硬度超标问题，从而减缓过热器弯头疲劳失效的过程。

4.3 效果观察

自从采用以上两点措施后，笔者对该锅炉过热器的运行进行了长期地观察及记录。观察结果表明：该锅炉过热器经超过半年的运行，仍未再次出现过热器损坏或失效情况。这一结果证明了笔者所提出的方案的合理性和正确性。

结语

本文通过对220/9.8—Q8（与之前的名称不同）锅炉的过热器所发生的故障进行分析，得出了由于过热器在弯管后没有进行固溶处理所导致过热器内弯处管材的硬度超标，将会造成过热器内弯头的疲劳失效时间加快并最终导致爆漏这一结论。

为了解决由过热器超标带来的严重影响，本文又对锅炉硬度超标的根本原因进行剖析，最终总结出了能够防止过热器内弯处管材硬度超标的有效方案，包括对裂纹多发区域的弯头进行更换；以及弯头打磨和全面着色检查等。为了证明方案的正确性，在实施这些方案后，笔者还对该锅炉过热器的运行进行了长期地观察，观察结果为该锅炉过热器持续工作半年以上仍未出现过热器损坏情况，证明了笔者提出的解决方案的正确性。

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