600 MW机组屏式过热器TP304H不锈钢弯头侧弧裂纹分析

史泽东，廖运波

(四川广安发电有限责任公司，四川 广安　638000)



600 MW机组屏式过热器TP304H不锈钢弯头侧弧裂纹分析

史泽东，廖运波

(四川广安发电有限责任公司，四川 广安638000)

摘要：结合某电厂600 MW机组屏式过热器夹持管弯头裂纹事件，介绍了304H不锈钢弯头侧弧裂纹分析方法，分析了事件发生原因，并提出了预防措施。

关键词：600 MW机组；屏式过热器；夹持管；不锈钢弯头；弯头侧弧裂纹

1系统概况

某电厂2台600 MW机组锅炉均为东方锅炉厂制造的DG2028/17.45-Ⅱ5型亚临界参数、自然循环、前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、全钢构架的Π型炉。

锅炉过热器系统由顶棚过热器、包墙过热器、低温过热器、屏式过热器和高温过热器组成。过热器系统设置有两级喷水减温器用于调节过热蒸汽温度，一级减温器布置在低温过热器出口集箱至屏式过热器进口集箱的连接管上，共2个；二级减温器布置在屏式过热器出口集箱至高温过热器进口集箱的连接管上，共2个。屏式过热器分布于炉膛正上方，炉墙A侧墙向B侧墙方向共12大屏，每大屏炉前向炉后方向为4小屏，每小屏32根管(进、出口各16根)。每小屏中间的管子下部设置成夹持管，起防止管屏管子变形出列的作用，夹持管弯头如图1所示，管子规格为ø44.5 mm×7 mm。

锅炉制粉系统为中速磨正压直吹式系统，磨煤机为ZGM113K型中速辊式磨煤机，共6台，其中1台备用。锅炉共配有30个由三井·巴布科克公司设计、东方锅炉厂制造的LNASB低NOx轴向旋流式煤粉燃烧器，分3层对称布置在锅炉前、后墙水冷壁上，前、后墙每层各均布5个，顶层燃烧器上部布置有燃尽风。

2事件发生前机组运行情况

该厂2台600 MW机组分别于2006，2007年投产，至2015年10月运行小时数均为5.1万左右，期间#1机组启(停)37次，#2机组启(停)32次。

2台机组投产后,锅炉存在燃烧稳定性较差、屏式过热器温度超过设计值(屏式过热器出口设计温度480 ℃)的情况，局部管壁温度长期超过500 ℃。为了确保屏式过热器管壁不超温，一级减温水均明显超过设计值(设计值为40 t/h)，根据2014年减温水量统计，在满负荷情况下一级减温水平均用量分别为#1机组139 t/h，#2机组109 t/h。由于燃烧不稳定及减温水调节，使得屏式过热器壁温存在较大范围的波动(如图2所示)。

图2　屏式过热器壁温( #1机组CT042)

3事件经过

2015-04-07 T 02：47:00，#1机组负荷428 MW，主蒸汽压力12.9 MPa，再热蒸汽压力2.4 MPa，主蒸汽温度541 ℃，再热蒸汽温度542 ℃，给水流量1 207 t/h，蒸汽流量1 206 t/h，A，B，C，D，F制粉系统运行，引风机A，B电流分别为231，227 A，锅炉补水量为53 t/h，较平时增大约14 t/h，其他参数无异常。4月11日停机后检查发现，屏式过热器B4大屏炉后第1小屏夹持管弯头侧弧裂纹(如图3所示)。管子规格为ø44.5 mm×7 mm，材质为SA-213MTP304H。

图3　弯头开裂情况

裂纹为管内壁向管外发展，裂纹扩展至宏观泄漏之前具有很强的隐蔽性，为了弄清其产生的原因，在更换泄漏夹持管弯头的同时将裂纹管段送检分析。2015年4月13日该处泄漏管段恢复完成，2015年5月5日机组按调令正常开机。

2015年9月、10月，该厂在2台机组小修期间分别对所有屏式过热器夹持管弯头(2台锅炉共96根)进行检验，发现#1锅炉有1处类似裂纹、#2锅炉有2处类似裂纹，并于机组小修期间对发现存在裂纹的夹持管弯头进行了更换。

4原因分析

4.1宏观方面

整体上观察，弯头氧化程度较轻，开裂的位置位于弯头两侧中性面，附近裂纹整体走向沿管子轴向方向，其中一侧在厚度方向已裂穿，另一侧未裂穿(如图3所示)。对弯头进行测量，同一断面最大外径为45 mm，最小外径为41 mm，椭圆率为8.99%，满足DL 612—1996《电力工业锅炉压力容器监察规程》[1]要求。

4.2渗透检测

弯头经剖开后进行渗透检测，发现除在未裂穿一侧存在众多的平行轴向裂纹外，在外弧面内壁边缘存在许多径向裂纹，如图4所示。

图4　径向裂纹

4.3硬度检测

测试位置包括试样外弧面、中性面及横截面，检测结果见表1。

检测结果表明，试样的硬度满足SA-213的相关要求，但根据DL/T 438—2009《火力发电厂金属技术监督规程》[2]中对TP304H的相关要求，可知试样硬度值在合格范围内靠近下限。

表1　硬度测试结果

4.4金相检测

对弯头中性面(裂穿一侧)及横截面分别进行金相组织检测，检测结果显示：弯头中性面及横截面金相组织均为为奥氏体，未发现碳化物大量析出，不存在晶间腐蚀现象，试样金相组织未见异常。

4.5扫描电镜分析

对开裂断口由内壁向外壁进行扫描电镜观察，结果显示疲劳辉纹起源于管子内壁，由内表面向内部扩展；同时还观察到与裂纹方向一致的河流花样及解理台阶，说明材料的开裂为脆性断裂。在高倍电镜下(×1 000)，发现大量疲劳裂纹。

4.6分析结果

根据机组长期运行存在的屏式过热器壁温超过设计值及壁温大幅度波动问题，以及对裂纹弯头的分析检测，得出如下结论：在热应力的长期周期交互作用下，因管子内外壁之间存在温度差，产生由内壁向外的疲劳微裂纹，微裂纹的扩展将引起热疲劳宏观裂纹的出现，最终发生疲劳断裂。

5预防措施

(1)结合机组检修对该类夹持管弯头进行割管检验，尤其是运行时间长、机组启停频繁、存在燃烧不稳定致使管壁温度超温及波动频繁问题的机组，更应该加大抽检比例[3]。

(2)对燃烧系统存在的问题进行研究处理，解决燃烧不稳定的问题，避免因超温及减温水过调导致的管壁温度大幅度频繁波动。

(3)该类夹持管底部弯头弯曲半径过小，应力集中，因此建议对该类夹持管进行改造，增大其弯曲半径以减少应力集中的问题。

参考文献：

[1]电力工业锅炉压力容器监察规程:DL 612—1996[S].

[2]火力发电厂金属技术监督规程:DL/T 438—2009[S].

[3]王宗仁.东锅300 MW循环流化床锅炉设计优化[J].华电技术，2015，37(10):27-29.

(本文责编：白银雷)

收稿日期：2015-12-21；修回日期：2016-01-15

中图分类号：TK 223.3

文献标志码：B

文章编号：1674-1951(2016)03-0032-02

作者简介：

史泽东(1985—)，男，四川三台人，助理工程师，从事发电厂锅炉检修技术管理方面的工作(E-mail:659065282@qq.com)。

廖运波(1985—)，男，重庆人，助理工程师，从事发电厂锅炉检修技术管理方面的工作。