王 進(jìn)

（南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 210002）

1 鍋爐簡介

本文分析所用的鍋爐為循環(huán)流化床鍋爐，是由國外設(shè)計生產(chǎn)；國內(nèi)引進(jìn)的，鍋爐型號為NG--220/9.8--Q8。該鍋爐設(shè)計燃燒高爐煤氣。

鍋爐過熱器的蛇形管被安裝在水冷壁的折焰角上，共有16片沿爐寬方向分布。灌排的橫節(jié)距和縱節(jié)距分別為609.6mm和57mm，由20根管子并聯(lián)繞制成每片管屏。爐內(nèi)受熱面的管子均采用國產(chǎn)SA-213TP347H作為材質(zhì)。管屏的內(nèi)外圈管分別采用兩種不同規(guī)格，其中管屏外圈管采用Ф50.8×8.9，其他均采用Ф45×7.8。（如圖1）。

圖1

2 故障檢查情況

2.1 該鍋爐過熱器共發(fā)生四次爆漏情況：（此處應(yīng)為2.1.1，然后下面序號，以此類推）

（1）2000年5月31日，鍋爐過熱器連續(xù)運(yùn)行129小時，爐左第25屏外第2、4圈管子發(fā)生吹損，第3圈前內(nèi)彎周向裂紋處出現(xiàn)原始泄漏。

（2）2000年7月1日，鍋爐過熱器連續(xù)運(yùn)行104小時，爐左第10屏外滴2、3、4圈以及第23屏外第4圈管子發(fā)生吹損，爐左第23屏外第3圈前內(nèi)彎周向裂紋處出現(xiàn)原始泄漏。

（3）2000年7月22日，鍋爐過熱器連續(xù)運(yùn)行345小時，爐左第7屏第4、5圈以及爐左第6屏第2、3、5圈管子發(fā)生吹損，爐左第6屏外第4圈前內(nèi)彎周向裂紋處出現(xiàn)原始泄漏。

（4） 2000年8月28日，鍋爐過熱器連續(xù)運(yùn)行701小時，爐左第2屏第5圈以及爐左第1屏第1、2、3、5圈管子發(fā)生吹損，同時左側(cè)水冷壁也有3根發(fā)生吹損，爐左第1屏外第4圈前內(nèi)彎周向裂紋處出現(xiàn)原始泄漏。

在第二次爆漏后，我們對過熱器彎頭逐一檢查，對每個過熱器的彎頭部分都采取了四次著色探傷檢查，檢查結(jié)果表明：共有八個彎頭出現(xiàn)了周向裂紋。

以下為具體檢查情況：

（1）2000年7月4日，我們著色檢查了所有高過內(nèi)彎，發(fā)現(xiàn)在爐左第1屏的外數(shù)第4圈后內(nèi)彎；爐左第7屏的外數(shù)第4圈前內(nèi)彎；爐左第12屏的外數(shù)第2圈前內(nèi)彎；爐左第20屏的外數(shù)第20圈前內(nèi)彎均發(fā)現(xiàn)了彎頭周向裂紋情況。

（2） 2000年7月25日，我們著色檢查了所有高過內(nèi)彎，發(fā)現(xiàn)在爐左第1屏的外數(shù)第3圈前內(nèi)彎；爐左第7屏的外數(shù)第4圈后內(nèi)彎；爐左第11屏的外數(shù)第29圈前內(nèi)彎；爐左第31屏的外數(shù)第3圈前內(nèi)彎均發(fā)現(xiàn)了彎頭周向裂紋情況。

（3） 2000年7月26日，我們對外數(shù)第2至5圈以及第20圈內(nèi)彎進(jìn)行了打磨，打磨后再著色探傷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無裂紋管出現(xiàn)。

（4） 2000年8月31日，我們著色檢查了所有高過內(nèi)彎，結(jié)果同樣表明無裂紋管出現(xiàn)。

2.2 鍋爐過熱器爆漏的位置以及材質(zhì)

該鍋爐過熱器4次爆漏及開裂所在部位：分別為外數(shù)的內(nèi)圈管的第2、3、4、20根，無外圈管，在管屏的下部彎管內(nèi)彎周向均出現(xiàn)裂紋。爆漏部分材質(zhì)為規(guī)格Ф45×7.8的國產(chǎn)SA-213TP347H。

3 通過對爆漏情況的觀察以及取樣分析來探索過熱器硬度超標(biāo)原因

3.1 宏觀分析

幾次爆漏故障發(fā)生時，裂紋的開裂部分均未見塑性變形和減薄情況，且裂紋是從外壁向內(nèi)壁發(fā)展，爆漏管子和裂紋均無脹粗情況。通過這些宏觀現(xiàn)象可以分析出，故障基本是由于過熱器內(nèi)彎頭的疲勞導(dǎo)致，而該“疲勞”現(xiàn)象則和過熱器內(nèi)彎處管材的硬度超標(biāo)有直接關(guān)系。

3.2 通過金相分析試驗(yàn)探索過熱器硬度超標(biāo)的原因

為了解該鍋爐過熱器硬度超標(biāo)的原因，我們對通過試驗(yàn)對爆漏管試進(jìn)行了分析，以下為分析結(jié)果：

3.2.1 該試樣的化學(xué)成分符合ASME SA213-2004對SA-213TP347H的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2.2 內(nèi)彎頭的裂紋擴(kuò)展面呈現(xiàn)脆性斷面，其橫向裂紋較為筆直，并未出現(xiàn)塑性變形。

3.2.3 通過斷口能譜分析，發(fā)現(xiàn)有較多S元素和大量的氧化物出現(xiàn)在裂紋管的斷口，彎管處出現(xiàn)微硬度超標(biāo)。

3.2.4 通過晶間腐蝕試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有晶間腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)在未固溶處理的彎頭處。裂紋順著晶界擴(kuò)展，有部分腐蝕產(chǎn)物出現(xiàn)在內(nèi)部，并伴隨有晶界擴(kuò)展的分支微裂紋出現(xiàn)，裂紋呈現(xiàn)出氧化腐蝕特征。

3.2.5 從裂紋的斷口性質(zhì)和裂紋形貌來看，裂紋形成時應(yīng)受到了較大的應(yīng)力。由此可分析出，該裂紋屬于以應(yīng)力為主的應(yīng)力腐蝕型裂紋。

3.2.6 由于以上因素的影響，加以彎頭并未及時得到處理，就造成了過熱器的硬度超標(biāo)。

3.2.7 裂紋屬于應(yīng)力作用所造成的沿晶氧化腐蝕開裂。彎管的運(yùn)行應(yīng)力以及殘余應(yīng)力等會相疊加并形成內(nèi)弧較大的軸向應(yīng)力，造成周向沿晶裂紋出現(xiàn)于彎管內(nèi)弧側(cè)，并最終導(dǎo)致短時間的氧化開裂。

經(jīng)以上分析可知：過熱器硬度超標(biāo)是由于燃煤中含有較高的硫?qū)е?。管子局部的熱?fù)荷過高，就會逐漸有腐蝕性的低熔點(diǎn)化合物向表面貼附。腐蝕區(qū)域的覆蓋物的還原性氣氛還會加速硫化腐蝕的前沿擴(kuò)散，正是因?yàn)檫@個原因，在早期，彎管只呈現(xiàn)出微硬度超標(biāo)，未經(jīng)處理后逐漸演變?yōu)橛捕瘸瑯?biāo)的原因。

4 鍋爐過熱器硬度超標(biāo)的危害及解決措施

4.1 危害

鍋爐過熱器內(nèi)彎處管材硬度超標(biāo)和其它不利因素（如過熱器不合理的管系設(shè)計所導(dǎo)致的煙氣紊流和過熱器之間的共振作用）會同時導(dǎo)致過熱器彎頭疲勞失效加速，并促成過熱器爆漏事故的發(fā)生。

4.2 處理措施

為解決由鍋爐過熱器硬度超標(biāo)所導(dǎo)致的過熱器彎頭疲勞失效加速問題，筆者提出以下兩點(diǎn)措施：

4.2.1 對裂紋多發(fā)區(qū)域的彎頭進(jìn)行更換，如2、3、4以及20內(nèi)圈管裂紋多發(fā)部分的彎頭（共計45個）。

4.2.2 通過彎頭打磨、全面著色檢查以及對以出現(xiàn)損傷和裂紋的管子進(jìn)行更換的等方式加大對過熱器硬度超標(biāo)的檢查和防范力度。其中彎頭打磨能夠有效地解決過熱器硬度超標(biāo)問題。早期的微硬度超標(biāo)是由于有較多S元素和大量的氧化物出現(xiàn)在過熱器彎頭造成的，如果對其進(jìn)行及時的裂紋打磨處理，去除過熱器彎頭上的S元素和氧化物，就可以有效地解決硬度超標(biāo)問題，從而減緩過熱器彎頭疲勞失效的過程。

4.3 效果觀察

自從采用以上兩點(diǎn)措施后，筆者對該鍋爐過熱器的運(yùn)行進(jìn)行了長期地觀察及記錄。觀察結(jié)果表明：該鍋爐過熱器經(jīng)超過半年的運(yùn)行，仍未再次出現(xiàn)過熱器損壞或失效情況。這一結(jié)果證明了筆者所提出的方案的合理性和正確性。

結(jié)語

本文通過對220/9.8—Q8（與之前的名稱不同）鍋爐的過熱器所發(fā)生的故障進(jìn)行分析，得出了由于過熱器在彎管后沒有進(jìn)行固溶處理所導(dǎo)致過熱器內(nèi)彎處管材的硬度超標(biāo)，將會造成過熱器內(nèi)彎頭的疲勞失效時間加快并最終導(dǎo)致爆漏這一結(jié)論。

為了解決由過熱器超標(biāo)帶來的嚴(yán)重影響，本文又對鍋爐硬度超標(biāo)的根本原因進(jìn)行剖析，最終總結(jié)出了能夠防止過熱器內(nèi)彎處管材硬度超標(biāo)的有效方案，包括對裂紋多發(fā)區(qū)域的彎頭進(jìn)行更換；以及彎頭打磨和全面著色檢查等。為了證明方案的正確性，在實(shí)施這些方案后，筆者還對該鍋爐過熱器的運(yùn)行進(jìn)行了長期地觀察，觀察結(jié)果為該鍋爐過熱器持續(xù)工作半年以上仍未出現(xiàn)過熱器損壞情況，證明了筆者提出的解決方案的正確性。

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