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220t/h燃煤锅炉高压省煤器管失效分析

  • 来源: 大唐华东电力试验研究院
  • 作者: 吴跃
  • 发布时间: 2018-03-07

概述

省煤器作为锅炉尾部受热面,是一种吸收排烟余热加热给水的热交换设备,从而降低了烟气的排烟温度,节省了能源,提高了效率[1]。省煤器、过热器、再热器和水冷壁并称为“锅炉四管”,而省煤器爆管在“锅炉四管”中较为常见。磨损、低温腐蚀、焊接质量不良是造成省煤器爆管的主要原因。

某220t/h燃煤锅炉高压省煤器在服役时发生泄漏,管子材质为20G,规格为Φ32×4 mm,累积运行时间为10463h。理化检验包括宏观检查、金相检验、力学性能分析等,是“锅炉四管”泄漏分析的重要手段,本文对发生泄漏的高温省煤器管进行了宏观检查、金相组织检验和硬度检验等相关理化检验,找出引起管子失效的原因,并给出相应的改进建议。

1 理化检验

1.1宏观检查

 

图1 高压省煤器管子漏点形貌

 

图2 高压省煤器管子焊缝根部宏观图片

图1为管子漏点形貌。由图1可知,漏点位置处于焊缝中心部位,漏点较小,呈圆形,直径约2 mm,漏点附近无减薄现象。图2为管子(焊缝中心部位有漏点)焊缝根部形貌,由图2可知,焊缝根部存在未焊透现象。

1.2 硬度检验

按标准GB/T 231.1—2009要求[2],从管子位置2(焊接接头)和位置3(根部未焊透)分别截取硬度试样,在BH-3000型布氏硬度计上进行布氏硬度试验,结果见表1。按标准GB/T 4340.1—2009要求[3],利用岛津HMV-G型显微硬度计对从管子位置1(漏点位置)、位置2(焊接接头)位置截取的试样进行显微硬度试验,试验载荷200 g,保压时间10 s,结果见表2。由表1和表2可知,管子焊接热影响区部分硬度点略高于标准要求,焊缝与母材硬度符合标准要求,且来样管子焊缝及热影响区与母材无明显的硬度梯度差别[4-5]

表1 来样管子布氏硬度试验结果

 

表2 来样管子显微硬度试验结果

1.3 金相检验

从管子位置1(漏点位置)、位置2(焊接接头)和位置3(根部未焊透)分别截取金相试样,试样经磨制抛光后,用4%硝酸酒精溶液腐蚀,并在Carl Zeiss Axio Observer A1m型金相显微镜下观察试样的组织形态。

 

图3 管子位置1处(漏点位置)金相组织图片

由图3可知,管子漏点位于焊缝中间,漏点边缘受介质吹损,表面较为平整。漏点附近焊缝为上贝氏体+魏氏体组织,热影响区为魏氏体组织。母材为铁素体+珠光体,珠光体区域完整,球化1.5级,晶粒度6-7级。

 

图4 管子位置2处(焊接接头)金相组织图片

  由图4可知,管子位置2处(焊接接头)焊缝为上贝氏体+魏氏体组织,热影响区为魏氏体组织。母材为铁素体+珠光体,珠光体区域完整,球化1.5级,晶粒度6-7级。

 

图5 管子位置3处(根部未焊透)金相组织图片

由图5可知,管子位置3处(根部未焊透)焊缝根部有1.3×6.4 mm的区域未焊透,且未焊透区域存在长约0.8 mm的裂纹,裂纹内充满氧化物。焊缝组织为上贝氏体+魏氏体。

2 分析与讨论

金相检验表明送检高压省煤器管子漏点位置及附近焊接接头焊缝组织为上贝氏体+魏氏体组织,热影响区为魏氏体组织,魏氏体和上贝氏体均为典型过热组织,表明该位置焊接时线能量过大或者焊接速度过慢,过热组织使焊缝冲击韧性低,抗疲劳性能差[6]

宏观检查结果表明管子第一漏点位置根部存在未焊透现象。未焊透的危害之一是减少了焊缝的有效面积,使接头强度下降;其次,未焊透引起的应力集中所造成的危害,比强度下降的危害大的多,未焊透严重降低焊缝的疲劳强度,且未焊透可能成为裂纹源,是造成焊缝破坏的重要原因。金相检验结果验证了这一点,在未焊透区域存在微裂纹。

宏观和金相检验结果反映出送检高压省煤器焊接工艺控制不严,从而导致焊缝存在缺陷。另外,送检管子材质为20G,规格为Φ32×4 mm,这种规格的碳钢管焊接后一般不做焊后热处理(如焊后回火处理),这也导致焊缝存在较大的残余应力,从而降低焊缝的疲劳强度。

综上所述,送检高压省煤器管子焊接施工时工艺控制不严,焊接接头存在明显的过热组织,且焊缝根部存在未焊透缺陷,缺陷位置成为裂纹起源,进而在运行过程中萌生裂纹并扩展导致管子泄漏。

3 结论及建议

(1)焊接施工时工艺控制不严,焊接接头存在明显的过热组织,且焊缝根部存在未焊透缺陷,缺陷位置成为裂纹起源,进而在运行过程中萌生裂纹并扩展导致管子泄漏。

(2)建议追溯同批次焊缝的焊接工艺及无损检测结果。

(3)建议加强同批次焊接接头的金属监督检验力度,着重开展焊接接头的表面探伤(磁粉/渗透)工作,利用检修机会割管抽检管子焊接质量,确保锅炉安全运行。

(4)建议后续施工严格控制焊接工艺,并加强焊接接头的质量验收。

参考文献

[1] 李应军,王秀.螺纹烟管省煤器的设计与应用[J].节能,2012,354(3):67-69.

[2] GB/T 231.1-2009,金属材料 布氏硬度试验 第1部分:试验方法[S].

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会. GB/T 4340.1-2009,金属材料 维氏硬度试验 第1部分:试验方法[S].北京:中国标准出版社,2009.

[4] 国家能源局. DL/T 869-2012,火力发电厂焊接技术规程[S].北京:中国电力出版社,2012.

[5] 国家能源局.DL/T 438-2016,火力发电厂金属技术监督规程[S].北京:中国电力出版社,2016.

[6] 张磊,廉根宽.电站锅炉四管泄漏分析与治理[M].哈尔滨:中国水利水电出版社,2009:1-356.

 


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