某煤矸石电厂3#炉高温再热器爆管原因分析

王鹏宇

(国网山西省电力公司电力科学研究院 山西太原 030001)

某煤矸石发电有限责任公司3#炉为上海锅炉厂有限公司设计、制造的型号为SG-1060/17.5-M802型的亚临界单汽包自然循环，一次中间再热、循环流化床燃烧方式，全钢架的锅炉。高温再热器管材质为TP321，规格φ63.5 mm×6.5 mm，爆管位置在3A外置床高温再热器高温室（靠前墙）上部区域，再热器9根管排中间直管段全部爆管（含3根悬吊管）。

管样编号：1#样—高再胀粗管；2#样—高再从炉左到右第1根管，具体见图1。

图1 管样编号示意图

1 试验结果

1.1 宏观形貌分析

1#样爆口的宏观形态见图2，管子已被泄漏的高温蒸汽冲断，原始爆口原始特征已不明显，残余断口存在减薄，管子外表面呈现树皮状龟裂，胀粗严重，最大外径为71.63 mm，变形严重[1]。

图2 爆口宏观照片

1.2 光谱检验

在1#样和2#样上取样进行光谱检验分析，结果如表1 所示。光谱检验的结果表明：合金元素含量满足ASME SA213标准要求[2]。

表1 光谱检验结果

1.3 力学性能试验

在管子上取样，加工成等宽条状试样，按《金属材料 拉伸试验 第1 部分：室温试验方法》（GB/T 228.1-2021）标准进行拉伸试验，结果如表2所示。

表2 式样力学性能结果

力学性能的试验结果表明：1#管样的一个屈服强度值满足ASME SA213标准的要求，其余值低于ASME SA213标准的要求；2#管样一个屈服强度值低于ASME SA213 标准的要求，其余值满足ASME SA213 标准的要求。

1.4 金相试验

分别在1#管（爆口附近取样）、2#管取样进行金相试验，结果如下：对1#金相试样侵蚀前进行观察，发现管内壁、管外壁、管中间母材，有许多微小裂纹，具体见图3；侵蚀后，管子裂纹形貌如图4 所示；侵蚀后，发现裂纹沿晶扩展，晶界上有大量非正常物相析出，如图5所示；侵蚀后观察金相组织为奥氏体，如图6 所示；在2#试样上发现管外壁存在微小裂纹，如图7所示。

图3 1#样侵蚀前裂纹形貌

图4 1#样侵蚀后裂纹形貌

图5 1#样侵蚀后组织中的析出相

图6 1#样侵蚀后组织

图7 2#样侵蚀前形貌

侵蚀后，管子外壁裂纹形貌，如图8 所示；侵蚀后金相组织为奥氏体，晶界上有少量析出相，如图9所示。

图8 2#样侵蚀后外壁裂纹

图9 2#样侵蚀后组织

1.5 布氏硬度试验

对1#金相试样和2#金相试样进行布氏硬度试验，试验结果如表3所示。

表3 布氏硬度检测结果

布氏硬度试验结果表明：1#试样和2#试样的布氏硬度值满足ASME SA213标准的要求。

2 结果分析

（1）1#样管子被泄漏蒸汽吹断，管子有明显胀粗现象。

（2）从1#管、2#管的试样的光谱分析结果看管子的合金元素满足ASME SA213标准的要求。

（3）1#管样除一个屈服强度值满足ASME SA213标准的要求，其余值低于ASME SA213标准的要求；2#管样只有一个屈服强度值低于ASME SA213标准的要求，其余值满足ASME SA213标准的要求。

（4）从1#样、2#样的金相试验的结果看，金相组织为奥氏体[3]，1#样晶界有大量非正常物相析出，裂纹在晶界处形成、扩展；2#样外壁存在微裂纹。

（5）从1#样、2#样布氏硬度试验结果表明：1#试样和2#试样的布氏硬度值满足ASME SA213标准的要求。

从1#样的金相观察分析看出，奥氏体晶界有明显析出相，是由于管子超温所致。管子有明显胀粗现象，说明管子在超温幅度较高。管子在超温状态下运行[4-5]，会使非正常物相在晶界处析出加速，造成在晶界处产生裂纹源[6]。在管子内压和高温双重作用下，裂纹扩展达到临界尺寸后[7]，迅速扩展导致管子开裂。

3 结论及建议

（1）高温再热器爆管是由于超温导致管子在晶界处形成裂纹并在管子内压和高温双重作用下快速扩展，导致管子开裂。

（2）建议对超温区域相邻管子进行检验，分析其是否在超温运行下产生微裂纹，减少事故的发生。

（3）建议尽快查找导致超温的原因，避免由于超温导致同类事故再次发生。