張兆林，孫瑞雪，曾云穎

(哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040)

0 引 言

某電廠2×600 MW機組新建工程鍋爐型號為HG-1900/25.4-HM14，燃用褐煤，超臨界、變壓運行直流爐，單爐膛，一次再熱，平衡通風，切圓燃燒，緊身封閉，固態(tài)排渣，全鋼構(gòu)架，全懸吊結(jié)構(gòu)，π型。經(jīng)過168 h滿負荷試運行后進入正式投入商業(yè)運行，運行5天后，進入停機備用階段，備用70天，重啟前進行四管防磨防爆檢查，發(fā)現(xiàn)1號爐爐右側(cè)11米人孔上數(shù)第5根螺旋水冷壁管泄漏，第6根吹損。本文針對此次泄漏進行原因分析。

1 現(xiàn)場情況檢查

經(jīng)過鍋爐四管防磨防爆檢查，在螺旋水冷壁冷灰斗位置發(fā)現(xiàn)漏點，漏點位于1號爐爐右側(cè)11米人孔上數(shù)第5根鰭片角焊縫與鋼管對接焊縫交叉位置，泄漏點對其相鄰的上數(shù)第6根螺旋水冷壁管造成吹損，螺旋水冷壁材質(zhì)為15CrMoG，規(guī)格為φ38×7.3 mm，如圖1所示。

圖1 水冷壁現(xiàn)場檢查圖

對泄漏點外部爐墻結(jié)構(gòu)進行檢查，發(fā)現(xiàn)在泄漏位置外部有兩塊張力板，通過與槽鋼單側(cè)焊接固定在水冷壁鰭片上，焊縫成型較差，具體如圖2所示。

圖2 泄漏點外部爐墻結(jié)構(gòu)圖

2 檢查試驗分析

2.1 宏觀檢查

2.1.1 焊接結(jié)構(gòu)檢查

焊接結(jié)構(gòu)檢查，如圖3所示。

圖3 焊接結(jié)構(gòu)與橫截面情況圖

通過宏觀檢查可以發(fā)現(xiàn)，螺旋水冷壁管之間采用鰭片連接，雙面焊于管壁。爐外槽鋼焊于鰭片與管壁連接焊縫，采用斷續(xù)焊。螺旋水冷壁鋼管環(huán)向?qū)咏宇^位置的鰭片焊縫和槽鋼與鰭片連接焊縫焊接質(zhì)量較差，宏觀檢查可見焊縫內(nèi)存在夾渣和氣孔等缺陷。

2.1.2 泄漏點檢查

泄漏點檢查，如圖4所示。

圖4 首爆點宏觀形貌

通過檢查可以發(fā)現(xiàn)，5號管上的首爆點位于螺旋水冷壁環(huán)焊縫與鰭片連接焊縫位置，為長度3 mm的裂紋缺陷。

2.1.3 5號管環(huán)向?qū)雍缚p焊接質(zhì)量檢查

5號管環(huán)向?qū)雍缚p焊接質(zhì)量檢查，如圖5所示。

圖5 螺旋水冷壁管焊縫縱截面

對5號鋼管環(huán)向?qū)雍缚p進行縱截面檢查，焊接成型較好，無焊接缺陷，但存在一定錯口情況，管壁實際平均壁厚6.845 mm，外壁錯口量0.869 mm，內(nèi)壁錯口量0.903 mm，超過《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》(DLT 869-2021)8.1.4標準要求的外壁錯口值不大于10%壁厚的要求。在現(xiàn)場對口焊接后，鋼管對接焊縫位置在運行過程中會存在一定的應力集中。

2.2 化學成分分析

對失效水冷壁鋼管、扁鋼和槽鋼材質(zhì)采用OBLF QSN750直讀光譜儀進行化學成分分析，螺旋水冷壁鋼管合金成分符合《高壓鍋爐用無縫鋼管》(GB/T 5310-2017)中規(guī)定15CrMoG成分要求，扁鋼和槽鋼合金成分符合《合金結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T 3077-2015)中規(guī)定15CrMo優(yōu)質(zhì)鋼等級成分要求。具體檢測結(jié)果見表1。

表1 化學成分(質(zhì)量分數(shù))

2.3 金相檢驗

2.3.1 首爆點外壁裂紋宏觀形貌

首爆點外壁裂紋宏觀形貌，如圖6所示。

圖6 首爆點裂紋萌生示意圖

對失效管進行解剖，通過體式顯微鏡(LEICA M125)觀察可以確認裂紋起源于螺旋水冷壁環(huán)焊縫與鰭片連接焊縫位置，焊縫交叉處存在氣孔夾渣缺陷，成為裂紋源，在外力作用下裂紋不斷向鰭片焊縫外表面和螺旋水冷壁管環(huán)焊縫內(nèi)部擴展。

2.3.2 金相組織觀察

金相組織觀察，如圖7所示。

圖7 螺旋水冷壁管金相組織圖

通過臺式金相顯微鏡(Axio Observer A1m)金相組織觀察可以發(fā)現(xiàn)，螺旋水冷壁管環(huán)向?qū)雍缚p及熱影響區(qū)顯微組織無異常；管子母材顯微組織無異常，珠光體球化2級；裂紋位于焊縫貝氏體組織區(qū)，呈應力開裂特征。

3 原因分析

通過對焊接結(jié)構(gòu)及焊接接頭組織進行分析可知，本次泄漏形式為焊縫應力開裂，其主要原因為該位置存在螺旋水冷壁管環(huán)向?qū)雍缚p、鰭片連接角焊縫和張力板槽鋼連接焊縫3條焊縫交叉重疊現(xiàn)象，焊接結(jié)構(gòu)不合理。同時，螺旋水冷壁存在錯口、鰭片連接焊縫內(nèi)存在氣孔夾渣缺陷，在鍋爐啟停過程中產(chǎn)生的膨脹應力作用下，裂紋源在受張力板固定位置的螺旋水冷壁環(huán)焊縫與鰭片焊縫交叉處的氣孔夾渣缺陷位置萌生，并在外力作用下不斷向鰭片焊縫外表面和螺旋水冷壁管環(huán)焊縫內(nèi)部擴展，最終裂透管壁，造成泄漏，并將6號管吹損。