赵理辉
华电新疆发电有限公司昌吉分公司
摘 要：2020年某电厂分隔屏过热器管道定位块应力开裂发生管道泄漏，造成机组非计划停运，针对受热面管道定位连接件应力开裂的现象 ,通过对定位块安装焊接、机组运行中存在的问题、定位块开裂原因进行了分析,针对性提出了处理措施。
关键词：过热器；定位块；热应力；开裂；泄漏
前言
某公司#2机组锅炉系上海锅炉厂有限责任公司生产SG-1180/17.5-M4004 型亚临界、一次中间再热、自然循环汽包炉。锅炉采用：单炉膛Π型布置、平衡通风、冷一次风正压直吹式制粉系统、四角切向燃烧、直流燃烧器摆动调温、全钢构架悬吊结构、紧身封闭、干式固态连续排渣。
1、现场情况
2020年3月24日运行人员巡检#2炉电梯八层（分隔屏处）本体设备时，发现#2炉电梯八层本体前墙看火孔内有刺汽声，汇报锅炉专业专工，经生技部、检修维护部专业专工现场检查及查询“四管”报警装置，确认#2 炉分隔屏区域有受热面管刺漏。#2机组采取降压运行，并汇报相关领导，联系电网调度申请停机。
2、检查发现问题
2.1、2020年3月30日#2炉具备条件后检修人员进入炉膛对分隔屏区域进行全面检查，发现#2炉分隔屏南至北第三排第三组屏第7、8、9、10、11根管及北侧定位管共计6根管有爆口，我公司分隔屏过热器管道采用流体冷却定位装置，其前部垂直定位管与前墙水冷壁固定，后部垂直定位管于悬吊屏固定，前后垂直定位管通过分叉管组组成一对水平夹持管，把前后分隔屏夹持住，防止分隔屏过热器摆动，分隔屏管子规格：φ51×5.5mm；材质：12Cr1MoVG；定位管子规格：φ51×7.5mm；材质：TP347H，其中第 8、9 根管为异型弯管，上部焊接有不锈钢支撑卡块（用于支撑定位管），定位块材质为：1Cr6Si2Mo第二屏第1根、第三屏第 6、12、13、14、 15 根分隔屏管及南侧定位管吹损减薄超标（均低于管壁厚度 20%）。
2.2、2020年#2机组C级检修期间，更换含有定位块的分隔屏异形管道时，发现分隔屏南至北第二排第三组屏第10根、分隔屏南至北第三排第六组屏第4根异形弯管焊接不锈钢支撑卡块上部均出现未穿透疲劳裂纹，裂纹深度3.5mm，详见下图。
.png)
3、定位块裂纹失效分析
3.1、宏观分析
第三排第三组分隔屏第9根异形管爆口为细条裂纹状（爆口长19mm，宽度约 1mm），爆口边缘为钝形，管子及周围基本无吹损减薄现象，裂纹处于管子上焊接的支撑卡块下部焊缝熔合线边缘。
3.2微观分析
微观观察表明:泄漏点起源于焊缝熔合线区域,并在热影响区细晶粒区中扩展，裂纹主要以沿晶方式进行扩展金相组织为索氏体组织，其组织晶粒度粗大。
3.3焊接分析
对含有定位块的分隔屏异形管道进行光谱分析，材质为：12Cr1MoVG，定位块材质为：
1Cr6Si2Mo，焊接属于异种钢焊接，异种钢焊接时由于两种母材金属热物理性能不同，会造成较大的残余应力而引发热疲劳裂纹，珠光体钢（12Cr1MoVG）和奥氏体不锈钢（1Cr6Si2Mo）在20℃~600℃温度范围内线胀系数分别为(13.5~14.5) X 10%C和(16.5~18.5) X10%/"C， 焊后焊缝融合线区域必然会出现较大的残余应力，在奥氏体焊缝一侧承受拉应力，而在珠光体钢焊缝一侧承受压应力，即使通过焊后热处理也不能消除，只会使残余应力重新分布，在高温下运行还会产生很大的热应力，尤其是在周期性加热和冷却的工作条件下服役，焊缝区域就要承受严重的热交变应力，会在珠光体钢的一侧的熔合区中产生热疲劳裂纹，并沿脱碳层扩散，导致分隔屏受热面管道泄漏。
3.4综合分析：
3.4.1查询操作记录，2020年3月18日#2炉停炉后闷炉13小时后启动引风机进行锅炉冷却，而锅炉运行规程要求停炉18小时后方可启动引风机进行冷却，提前启动引风机造成锅炉冷却过快，受热面管道表面由于急剧冷却产生冲击热应力,塑性材料表面热应力超过屈服点，且经过多次交变,最终导致疲劳裂纹，热疲劳裂纹的发生和发展是由于管子表面温度突然大幅度变化,致使管壁内外间产生温差所致。
3.4.2从裂纹所在位置分析，该裂纹在支撑卡块下部焊缝边缘（热影响区域内），部分裂纹轮廓线与焊缝轮廓曲线一致， 依此分析，泄漏异型管支撑卡块下部焊接存在缺陷，该卡块焊接时焊接参数过大、焊接工艺控制不良，造成焊缝热影响区产生淬硬组织。又因该处为管子变截面处，运行中在管子震动和热应力共同的作用下产生热疲劳裂纹并延伸，最终导致分隔屏管道泄漏。
3.4.3本次分隔屏管支撑卡块焊缝部位，为原厂焊接焊缝，历年防磨防爆检查没有对此部位进行无损检测，暴露出公司“四管”防磨防爆检查不全面，存在盲区的问题。
4、处理方案及防范措施：
4.1完善锅炉四管防磨防爆检查计划内容，尽最大可能消除检查盲区，做到全覆盖，制定各受热面管屏管卡异种钢焊缝滚动检测计划，根据计划分区域受热面管卡、定位块等焊缝进行渗透检测。
4.2严格按照《锅炉运行规程》要求控制锅炉启停升降温速率，停炉后严格按照要求操作，防止锅炉降温速度过快产生的较大应力。
4.3#2机组检修时将更换含有定位块的分隔屏异形管，同时制作全形防磨护瓦将分隔屏过热器异形管及夹持管包住，在管排不锈钢垫块处焊接包卡，固定加持管，如下图所示：
.png)
参考文献
[1]蔡交河 赵卫东 周江涛.锅炉受热面管定位连接件焊缝开裂原因初探[J].华北电力技术.