600MW超臨界機(jī)組水冷壁泄漏分析獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

600MW超臨界機(jī)組水冷壁泄漏分析獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

【摘

要】對(duì)某600MW超臨界機(jī)組發(fā)生泄漏的水冷壁管進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)、化學(xué)成分分析、硬度試驗(yàn)、金相分析、掃描電子顯微鏡（SEM）形貌分析等理化檢驗(yàn)。結(jié)果表明，水冷壁管角焊縫局部存在焊接缺陷，導(dǎo)致角焊縫管側(cè)焊趾應(yīng)力集中部位在熱應(yīng)力、拘束應(yīng)力和介質(zhì)壓力的作用下萌生裂紋并向水冷壁管內(nèi)壁擴(kuò)展開裂，導(dǎo)致泄漏。

【關(guān)鍵詞】水冷壁;管角焊縫;焊接缺陷;泄漏;分析

1引言

某熱電廠#7鍋爐是東方鍋爐廠制造的DG1920/25.4-Ⅱ2型，系國產(chǎn)600MW超臨界參數(shù)變壓直流本生鍋爐，一次再熱、單爐膛、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，固態(tài)排渣，全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)、露天布置，前后墻對(duì)沖燃燒。

爐膛四周為全焊式膜式水冷壁，由下部螺旋盤繞上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁組成，螺旋管與垂直管之間由過渡段水冷壁和水冷壁過渡段集箱轉(zhuǎn)換連接。

2水冷壁泄漏情況

2020年2月29日8時(shí)40分，檢查發(fā)現(xiàn)鍋爐冷灰斗西南角水冷壁管處（零米干渣機(jī)南側(cè)上方水冷壁管道）有蒸汽向爐膛外泄漏。3月1日8時(shí)29分，#7機(jī)組解列停機(jī)，對(duì)泄漏部位進(jìn)行檢查和修復(fù)。

3理化檢驗(yàn)

3.1宏觀檢驗(yàn)

泄漏管為冷灰斗螺旋水冷壁管由東往西數(shù)第59根入口水平段，泄漏點(diǎn)具體位于水封槽插板與擋灰板之間，如圖1a所示。裂紋沿著西側(cè)鰭片（材質(zhì)15CrMo）角焊縫靠水冷壁管側(cè)熔合線擴(kuò)展，長約130mm，裂紋最大張口處約為1mm，管外壁裂紋張口略大于內(nèi)壁，角焊縫成型差，焊腳尺寸差較大，圖1b所示;管內(nèi)壁可見明顯穿透裂紋，管內(nèi)無明顯水垢及腐蝕產(chǎn)物覆蓋[1]，見圖2。

3.2化學(xué)成分分析

對(duì)泄漏水冷壁管、鰭片板、密封塞塊進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果均符合GB/T5310-2017和GB/T3077-2015參考標(biāo)準(zhǔn)要求，焊縫金屬化學(xué)成分未見明顯異常[1]（見表1）。

3.3硬度試驗(yàn)

對(duì)#59水冷壁管制取試樣進(jìn)行維氏硬度試驗(yàn)[2]，其母材硬度均超過GB/T5310-2017參考標(biāo)準(zhǔn)要求范圍上限值;參考DL/T869-2012要求和GB/T1172-1999標(biāo)準(zhǔn)，焊縫及熔合區(qū)硬度均明顯偏高，#59管熱影響區(qū)馬氏體組織硬度均值達(dá)379HV，具體試驗(yàn)結(jié)果見表2所示。

3.4金相分析

對(duì)#59水冷壁管按圖3所示A-A截面開裂位置截取橫截面試樣進(jìn)行金相分析。其中A1裂紋啟裂于管與鰭片的焊趾熔合區(qū)，經(jīng)粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)擴(kuò)展至母材部分相變區(qū)，見圖4;A2裂紋啟裂于焊縫近鰭片板處，經(jīng)熔合區(qū)、粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)擴(kuò)展至母材部分相變區(qū)，見圖5。

3.5金相分析

對(duì)#59水冷壁管開裂部位截取的斷口試樣，進(jìn)行掃描電鏡微觀形貌觀察分析。#59水冷壁管A1斷口試樣進(jìn)行掃描電鏡形貌觀察。斷口左上方為原始斷口，右下方為新鮮斷口，原始斷口表面呈層狀撕裂，撕裂臺(tái)階處可見垂直臺(tái)階方向韌窩，斷口表面為穿晶和沿晶混合型開裂，見圖6、圖7、圖8。斷口表面可見解理臺(tái)階和扇形花樣等解理斷裂微觀形貌特征，見圖9。

4原因分析

（1）宏觀分析表明：#59水冷壁管內(nèi)壁均無明顯腐蝕產(chǎn)物覆蓋;主裂紋均啟裂于管與鰭片的焊趾處，且均已貫穿，水冷壁管的貫穿裂紋附近焊縫同時(shí)存在未穿透裂紋;焊接接頭局部存在大塊未熔合和未焊透缺陷。

（2）化學(xué)成分分析表明：#59水冷壁管以及密封塞塊和鰭片板材質(zhì)均符合GB/T5310-2017相關(guān)技術(shù)要求，焊縫金屬化學(xué)成分未見明顯異常。

（3）硬度試驗(yàn)表明：#59水冷壁管母材硬度試驗(yàn)結(jié)果顯示鋼管母材硬度均略高于GB/T5310-2017標(biāo)準(zhǔn)要求上限值，焊縫硬度整體偏高，超出母材硬度約120～170HV，不滿足DL/T869-2012中焊縫硬度合格標(biāo)準(zhǔn)，其中熱影響區(qū)馬氏體組織硬度達(dá)363～383HV。

（4）金相分析表明：#59水冷壁管主裂紋啟裂于焊趾處，且均為穿晶和沿晶混合型斷裂，裂紋從外壁向母材方向擴(kuò)展：焊接熱影響區(qū)存在大量馬氏體組織，且存在二次過熱引起的碳化物沿奧氏體晶界偏聚析出;焊縫組織為針狀鐵素體+粒狀貝氏體，并有少量馬氏體，部分區(qū)域可見原奧氏體晶界碳化物沿晶界析出，不符合DL/T869-2012中焊縫金相組織標(biāo)準(zhǔn);鋼管母材組織均為鐵素體+貝氏體+珠光體組織，母材組織均無明顯球化。

（5）掃描電鏡微觀形貌分析表明：#59水冷壁管焊縫開裂斷口有解理臺(tái)階和扇形花樣等解理斷裂微觀形貌特征，具有脆性斷裂特征。

5結(jié)論

通過對(duì)#59水冷壁管進(jìn)行理化檢驗(yàn)，結(jié)果表面：水冷壁管角焊縫為針狀鐵素體、貝氏體及少量馬氏體組織，熱影響區(qū)存在淬硬馬氏體組織，焊縫及熱影響區(qū)硬度明顯偏高;角焊縫局部存在未熔合、未焊透及偏析等焊接缺陷;在角焊縫焊趾處過渡不平滑易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。滿負(fù)荷工況下，水冷壁管介質(zhì)溫度約315℃，鰭片板及塞塊不受火焰及煙氣加熱，鋼管與鰭片板及塞塊存在較大溫差，焊縫處產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力，同時(shí)角焊縫受到焊接拘束應(yīng)力和管內(nèi)介質(zhì)壓力作用，最終導(dǎo)致水冷壁管與鰭片及塞塊之間角焊縫焊趾的淬硬組織處萌生裂紋，并逐步向硬度相對(duì)較低的水冷壁內(nèi)壁擴(kuò)展開裂，最終導(dǎo)致此次泄漏[2]。

6建議

建議對(duì)開