火力发电厂高温过热器爆管分析.pdf

第1卷 第4期 2002年 7月 广州大学学报自然科学版 JOURNAL OF G UANGZHOU UNIVERSITYNatural Science Edition Vol.1 No14 July 2002 文章编号1671-4229200204-0088-03 火力发电厂高温过热器爆管分析 曾澄光 广州发电厂,广东 广州 510160 摘 要针对广州发电厂3号锅炉高温过热器发生爆管的情况,通过化学成分分析、 力学性能试验和金相检验, 认定原管子材质符合设计要求.在金相检验中,发现爆管处存在大量蠕变孔洞及裂纹,从而判定此次爆管是在高 温和外弧切向最大拉应力作用下引起的蠕变脆性断裂造成的. 关键词高温过热器;爆管;高温蠕变;火力发电厂 中图分类号 TM 621.2 文献标识码 A 广州发电厂3 锅炉由武汉锅炉厂设计制造, 蒸发量为220 th - 1 ,1992年底建成投入运行. 2001 年6月25日高温过热器发生爆管,爆管位置为甲 侧第34排 弯 管 外 弧 位,此 段 管 设 计 材 质 为 12Cr1MoV ,规格为Φ425 ,累计运行时间为53 700 h. 1 检验与分析 1.1 外观检查 该管爆口位于弯管外弧处,在爆破时形成一个 长约73 mm ,宽约4 mm ,呈厚唇状,断裂面粗糙而 不整齐的破口.破口边缘粗钝,呈脆性断裂特征,爆 口两侧有平行于爆口轴向的裂纹,管壁无明显减 薄,管子外壁有许多氧化皮,如图1所示. 图1 爆口形貌 Fig.1 The bursting crack 1.2 化学成分分析 在失效管子上取样进行化学成分分析,结果见 表1.由表1数据可知,失效管子化学成分符合 G B5310 - 85. 表1 管材化学成分分析结果 Table 1 The results of tube chemical analysis 元素含量wt. G B5310-85 C0.130.08～0.15 Si Mn S P Cr Mo V 0.25 0.54 0.010 0.016 1.05 0.27 0.26 0.17～0.37 0.40～0.70 ≯0.035 ≯0.035 0.90～1.20 0.25～0.35 0.15～0.30 1.3 力学性能试验 在失效管取两根试样进行力学性能试验,结果 见表2. 从试验结果可知,材料的极限强度严重不足, 已不能满足过热器管的使用要求. 表2 管材力学性能试验结果 Table 2 The results of tube mechanical testing 项目 极限强度 б b/MPa 屈服强度 б s/MPa 延伸率δ 140529026 244032028 G B5310-85470.4～637.0254.821 1.4 金相检验 在弯管内弧处、 中性面和爆口附近取样进行金 收稿日期 2002 - 04 - 12; 修订日期 2002 - 04 - 27 作者简介曾澄光1966 - ,男,工程师;主要研究方向电厂金属检验及分析. 相观察,其组织为铁素体珠光体,晶粒度为8 级[1],内弧处球化3级[1],中性面和爆口附近球化 4级[1],分别见图2、3、4 ,珠光体区域中的碳化物已 明显分散,并向晶界聚集.而图5是未运行管上取 样观察的结果,是该钢种的正常组织.由金相照片 可看出,爆破管珠光体区域中的碳化物已明显分 散,并向晶界聚集,珠光体严重球化.内弧及中性面 处未发现微裂纹,但中性面球化程度比 内弧严重, 爆口附近金相组织存在大量的蠕变孔洞和孔洞链, 并且有较强的方向性.在爆口附近存在多处平行于 断口的微裂纹,这些微裂纹由外壁向内壁沿晶扩 展,在裂纹尖端有较多的显微裂纹,裂纹之间互不 相连,裂纹形貌见图6 ,属沿晶裂纹. 图2 内弧处组织400 Fig.2 The inner arc location structure 400 图3 中性面组织400 Fig.3 The neutral location structure 400 2 爆管原因讨论 化学成分分析显示,爆破管的化学成分符合 G B5310 - 85标准的要求,说明爆破管没有错用钢 材. 虽然材料的屈服强度和延伸率符合G B5310 - 85标准的要求,但其极限强度严重不足,这是由于 爆破管在运行过程中,高温和应力作用使其组织发 生了变化,致使该管的强度极限显著下降. 图4 爆口附近蠕变孔洞400 Fig.4 The creep cavities near bursting crack 400 图5 未运行原始组织400 Fig.5 No operation original structure 400 图6 爆口附近裂纹形貌40 Fig.6 The crack near bursting crack 40 在爆破管上不同位置取样观察,金相可见内弧 和中性面珠光体已严重球化,而爆口附近看到大量 的沿晶孔洞和孔洞链,并且有方向性,这是由于在 外弧切向最大拉应力作用下,孔洞优先在与其垂直 的晶界成核、 长大、 聚集并形成微裂纹,相邻的微裂 纹向倾斜晶界扩展,或与其上的孔洞连接而形成 “曲折裂纹”.当其裂纹达到临界尺寸后,就会成为 主裂纹而加速扩展,直到断裂.正因为破口是由这 98 第4期 曾澄光火力发电厂高温过热器爆管分析 些弯弯曲曲的晶间裂纹发展而成的,因此破口断裂 面呈现粗糙而不平整,无明显塑性变形,并有平行 于爆口的纵向微裂纹. 3 结 论 针对广州发电厂3 炉高温过热器爆破管分 别进行了化学成分分析、 力学性能试验和金相检 验,根据综合试验结果,我们认为爆破管没有错用 钢材,爆管的主要原因是由于该管在高温和外弧切 向最大拉应力作用下,孔洞优先在其相垂直的晶界 成核、 长大、 聚集并形成微裂纹,最终形成宏观裂 纹,是典型的高温蠕变断裂. 参考文献 [1] 吴非文.火力发电厂高温金属运行[M].北京水利电力出版社,1979. WU Fei-wen. High-temperature metal operation of thermal power plant [M].BeijingWater Conservancy Power Press ,1979. [2] 赵彦芬,杨百勋,梁昌乾,等.电厂高温管道弯头失效[A].失效分析及全过程寿命管理论文集[C].北京中国电力出版 社,2000.147 - 153. ZHAO Yan-fen ,Y ANGBai-xun ,LIANGChang-qian ,et al. Failure of high-temperature piping bend in power plant[A]. Collection of failure analysis and all process age of a person administration[C].BeijingChina Power Press ,2000.147 - 153. Analysis on the High-temperature Superheater Tube Bursting in a Thermal Power Plant ZENG Cheng-guang Guangzhou Power Plant ,Guangzhou 510160 ,China Abstract The tube bursting reasonsfor the high-temperature superheater of NO.3 boiler in the plant were analyzed by means of chemical analysis ,mechanical testing and metallographic examination ,and the test results showed that the o2 riginal tube material satisfied the design demand. In the metallographic examination ,many creep cavities and micro- cracks were observed in the bursting tube ,hence it was concluded that the bursting was caused by the creep embrittle2 ment resulting from high temperature and bow-shape best pull stress. Key words high-temperature superheater ; tube bursting; high-temperature creep ; thermal power plant 【责任编辑方碧真】 09 广州大学学报自然科学版 第1卷