任毅
浙江大唐乌沙山发电有限责任公司，浙江宁波 315722
摘要：锅炉是火电厂的基本设备之一，锅炉的安全稳定运行直接影响着电厂能否长周期运行，据统计，锅炉“四管”泄漏是造成电厂非停的最常见形式，一般占机组非停的５０％以上，最高可达到７０％，严重影响着机组的经济性。屏式再热器管是火力发电厂锅炉“四管”的重要设备之一，布置于炉膛出口烟道处，同时吸收辐射热和对流热进行热交换，由于内部工质压力相对其他受热面较低，通常屏式再热器受热面管壁设计较其他受热面薄，更容易发生泄漏。在正常运行中，如果锅炉屏式再热器发生泄漏，就只有采取强迫停运而进行抢修。其泄漏严重影响了火力发电厂的正常生产，直接的经济损失为几十万至上百万元。
关键词：锅炉；屏式再热器；泄漏；变径管；裂纹源；防范措施
引言
锅炉过热器、再热器的作用是将饱和蒸汽加热成为具有一定温度和压力的过饱和蒸汽，以增加蒸汽的焓值，两者的吸热总量占工质总吸热量的50%以上。由于过热器、再热器在锅炉温度最高区域工作，运行工况极为恶劣，管材使用温度接近极限温度，所以管子（尤其是再热器）的超温问题比较突出。相比于过热器，再热器中的工质压力低、密度小、换热系数小，管子吸热能力差，同时再热器中工质流速小，对热偏差较敏感。另外，在当前火电机组频繁参与低负荷深度调峰的运行条件下，频繁低流量运行使锅炉再热器的工况变得更差，对热偏差的敏感性更高。因此，有效解决热偏差问题对再热器的安全稳定运行尤为重要。
1事件经过
2016年12月20日12时28分，机组负荷481ＭＷ，主汽温度539℃，主汽压力16.10ＭＰａ；再热汽温度536℃，再热器压力2.87ＭＰａ，引风机、送风机、一次风机双列运行，Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ磨煤机运行，机组其余运行参数正常。锅炉四管泄漏报警装置第5、11、133个通道指示偏高，就地检查炉右53ｍＩＫ8长吹灰器附近声音较大，试关吹灰手动门，声音未见明显减小，初步判断泄漏部位为炉右５３ｍ标高屏过、屏再区域，汇报值长，经网调批准，12月21日晚22时40分停炉检修。12月23日停炉冷却后进行检查，确认屏在右数第５排，前数第２０根夹屏管变径处裂口为首爆口（φ63×7ｍｍ＋φ63×4ｍｍ，12Ｃｒ１ＭｏＶＧ）。其泄漏后吹漏右数第5屏前数19根，内圈第一弯、内圈第二弯垂直段，吹损右数第6屏从内向外数第2、3弯向火面直管段，测厚在2.4ｍｍ～3.0ｍｍ之间。安排对屏式再热器右数第5、6屏泄漏及吹损管段及弯管进行全部更换。
2泄露原因检查分析
2.1宏观检查
该机组锅炉低温再热器沿炉宽共布置296屏，横向节距114.3mm，低温再热器垂直段管子与水平段出口管相连，由每两屏水平段合成一屏垂直段，横向节距228.6mm，横向屏数148屏。低再水平段由包墙过热器支撑，垂直出口段通过低再出口集箱悬吊在大板梁上。此次发生爆管的位置位于炉右侧向左侧数第53屏，炉前至炉后第9根再热器管。观察发现，失效管道共存在两处明显的纵向开裂，一处长约89mm，宽约1mm的纵向不规则开裂，一处长约80mm、宽约2.5mm的纵向开裂。对裂纹处管道壁厚进行测量检查，发现右侧不规则开裂处壁厚未发生明显减薄，背面存在明显的氧化产物，疑似经历较长时间过热，因此可以判断该处为初始泄漏点。而左侧开裂处壁厚明显减薄，为典型的管道次生受损减薄后爆裂，与外部的介质吹、磨等因素相关。
2.2化学成分分析
依据ＧＢ／Ｔ４３３６—２０１６《碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法（常规法）》，釆用“火花源原子发射光谱仪”分别对试样ＳＩ、Ｓ２、Ｓ３进行检测，结果表明试样化学成分均符合ＡＳＭＥＳＡ－２１３／２１３Ｍ—２０１９《锅炉、过热器及换热器用无缝铁素体和奥氏体合金钢管》标准要求。
2.3布氏硬度试验
将泄露管的焊缝及母材取样加工成硬度测试试样，按照《金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法》GB/T231.1-的规定，采用UH250布洛维硬度计测试。可以看出泄露管母材上下侧硬度值、焊缝硬度值符合《火力发电厂金属技术监督规程》DL/T438-对12Cr1MoVG的母材硬度135～195HB，焊缝硬度值不大于母材硬度+100HB且小于270HB的技术要求。
2.4裂纹扩展分析
为进一步分析再热器管失效原因，对初始裂纹扩展形貌进行观察。可以发现，裂纹主要沿晶界进行扩展，主裂纹在扩展过程中出现多个分支，部分裂纹扩展至晶粒内，并且存在多个裂纹源。分析发现，裂纹萌生位置主要位于存在氧化产物以及晶界处，氧化产物会降低材料性能、使材料存在一定的薄弱区域，而氧化产物的存在与材料的服役环境存在较大关系。同时，晶界处萌生裂纹也证实了链状碳化物析出对晶界有削弱作用。
2.5运行工况
检查机组深度调峰期间升、降负荷阶段锅炉汽温、汽压变化速率及幅度情况，主蒸汽压力的最大变化率为0.1MPa/min，再热蒸汽压力的最大变化率为0.04MPa/min，主蒸汽温度的最大变化率为1.2℃/min，再热蒸汽温度的最大变化率为1.1℃/min，参数变化速率均较平缓。但经统计，机组全年的深度调峰小时数占全年利用小时数的1.7%，深度调峰较为频繁，最低调峰负荷至80MW，远低于锅炉厂设计给定的最低稳燃负荷。
3解决方案
排查同类型锅炉屏式再热器内变径结构形式，只有屏式再热器底部夹屏管圈与内１圈为内变径结构形式，共计48排，每排4根管。利用停炉机会对同类型锅炉相同问题屏式再热器底部夹屏管圈与内1圈进行更换，并将目前的12Ｃｒ１ＭｏＶＧ材质提升为Ｔ91材质，在消除变径管凸台易造成应力集中隐患的同时提高管子强度。对同类型的过热器、再热器受热面管道进行排查，对存在内壁加工台阶的部位，利用金属监督手段利用停机机会进行着重检查，根据检查结果制定相应的防磨防爆方案，在检修中进行检查。鉴于金属检测缺乏有效手段，对于内壁裂纹，只能进行超声波检测，但是超声检查存在困难，原因如下：如果从薄壁侧检查，由于焊口至台阶距离较小，探头没有移动空间，无法有效检出裂纹；如果从厚壁侧检查，由于存在台阶的端角反射，判断较困难。因此，定做特殊的探头及试块，便于检查。对同类型机组四管泄漏部位材料进行收集，锅炉专业组织学习借鉴经验，做到提前预防、提前检查、提前处理，将设备隐患及时消除。
结束语
（1）本次分析的SA-213T23耐热钢低温再热器管段，在经历长时间的高温、高湿环境服役后，组织发生老化，部分区域贝氏体特征基本消失，晶界处存在链状碳化物聚集，服役环境导致再热器管发生腐蚀，管壁内附着明显的氧化产物，在这些因素的共同作用下，造成裂纹萌生，导致管段失效。（2）针对本次失效问题，建议在低温再热器服役过程中，加强运行温度监测，防止设备超温运行。具有一定服役时长的管段，因腐蚀及吹损等原因会造成管段性能下降，不符合运行要求的要及时进行更换。
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