某电厂省煤器管泄漏原因分析

李淑瑜,赵 月,常 青,张艳森

(国电锅炉压力容器检验有限公司,北京102209)

省煤器是锅炉的重要部件之一,其通过使高温烟气和冷水发生热交换,利用即将排入空气的烟气余热加热冷水,达到“省煤”的目的。省煤器管、水冷壁管、过热器管和再热器管并称锅炉“四管”,四管泄漏经常造成电厂非正常停机[1],其常见的泄漏原因有原始缺陷、氢腐蚀、垢下腐蚀、氧腐蚀等,关于四管泄漏原因的研究一直以来备受重视[2-6]。

某电厂1号机组省煤器管在第二次试运行期间发生泄漏。该管材料为SA-210C 钢,规格为φ44.5 mm×6 mm。为查明该省煤器管发生泄漏的原因,避免类似问题的再次发生,笔者对其进行了检验和分析。

1 理化检验

1.1 宏观检查

图1 省煤器管的宏观形貌Fig.1 Macro morphology of economizer tube：a）outer surface；b）inner surface

失效省煤器管的宏观形貌如图1所示,可见其泄漏位置紧邻焊缝,为与焊缝垂直的长条状裂缝。内外壁氧化皮均较薄,内壁泄漏孔周围可观察到一圈堆积物。

1.2 化学成分分析

采用德国贝莱克公司生产的便携式直读光谱仪对该失效省煤器管进行化学成分分析,由表1可知其化学成分符合GB/T 5310－2017《高压锅炉用无缝钢管》对SA-210C钢的技术要求。

表1 省煤器管化学成分分析结果(质量分数)Tab.1 Chemical composition analysis results of economizer tube（mass fraction） %

1.3 金相检验

从该省煤器管上截取金相试样并对其编号,见图2。利用Axio Observer A1m 型蔡司倒置万能材料显微镜对试样进行显微组织观察,其中对1号试样的A 面观察内壁侧显微组织,对B面观察外壁侧显微组织,结果如图3～5所示。1号试样A 面接近焊缝,位于热影响区,靠近内壁处的裂纹周围存在魏氏组织和局部脱碳现象;B 面裂纹虽然距离焊缝较远,但仍位于热影响区,其显微组织为铁素体＋珠光体,裂纹周围也存在脱碳现象;2号试样显微组织正常,为铁素体＋珠光体。

图2 省煤器管取样位置Fig.2 Sampling location of economizer tube

图3 1号试样A面显微组织形貌Fig.3 Microstructure morphology of surface A of sample 1：a）at low magnification；b）at high magnification

图4 1号试样B面显微组织形貌Fig.4 Microstructure morphology of surface B of sample 1：a）at low magnification；b）at high magnification

1.4 扫描电镜与能谱分析

使用蔡司EVO 18 型扫描电子显微镜(SEM)对1号试样横截面进行观察,并用能谱仪对泄漏孔及其周围堆积物进行微区成分分析。由图6和图7可知,该省煤器管主要含有铁、碳和氧元素,未发现氯、镁、钙等腐蚀性元素。

2 分析与讨论

由宏观形貌分析结果可知,该省煤器管内外表面均无明显磨损特征,泄漏位置位于焊缝附近,内壁泄漏孔周围有氧化产物堆积。该省煤器管的化学成分符合标准要求。金相检验结果表明裂纹位于热影响区且周围存在魏氏组织和脱碳层,距焊缝较远的管材显微组织正常。SEM 与EDS分析未发现腐蚀性元素。

图5 2号试样显微组织形貌Fig.5 Microstructure morphology of sample 2

图6 1号试样泄漏孔SEM 形貌及能谱图Fig.6 a）SEM morphology and b）EDS spectrum of leak hole of sample 1

图7 1号试样泄漏孔周围堆积物的SEM 形貌及能谱图Fig.7 a）SEM morphology and b）EDS spectrum of deposits around leak hole of sample 1

一般情况下,脱碳层是碳原子在高温条件下从基体扩散到表面,与空气中的氧结合形成二氧化碳溢出,造成组织局部贫碳而形成的。因此判断该省煤器管在制造过程中存在原始裂纹,原始裂纹位于管端,在焊接过程中由于过热产生了魏氏组织,造成焊缝热影响区脆性增大,裂纹容易扩展。扩展至内壁的裂纹周围在空气和水的作用下产生了氧化铁堆积物,裂纹继续扩展在内壁形成孔洞,最终导致省煤器管泄漏。

3 结论及建议

该电厂省煤器管在制造过程中管端存在原始裂纹缺陷,在焊接过程中热影响区形成了魏氏组织和脱碳层,使焊缝脆性增大,原始裂纹扩展直至造成省煤器管泄漏。判断极可能在焊接前未切管端造成制造缺陷遗留,建议加强厂内制造监管和出厂管材的无损检测;焊接时要严格控制焊接条件,加强通风,防止魏氏组织产生。