姜艾林
山东电力建设第三工程有限公司，山东青岛， 266100
摘要:为了保证锅炉设备的安全稳定运行，预防因“四管”爆管泄露引发的非计划停机事故,本文以中东区域某大型超临界机组电厂的高温再热器管道水压试验时发生泄漏为背景案例，通过宏观形貌观察、金相分析、硬度试验、化学成分分析等一系列试验，对高温再热器泄露原因进行了分析研究，研究表明：高温再热器管道泄漏的原因是应力腐蚀开裂，同时，提出了相关的建议和措施，避免后续机组发生类似事故。
关键词：高温再热器，泄露，应力腐蚀裂纹
Study On Leakage On Final Rehaeter Of Thermal Power Plant
JiangAilin
SEPCOIIIElectric Power Construction Corporation, ShanDong,QingDao,26100
Abstract: In order to ensure the safe and stable operation of the boiler system and prevent the unplanned shutdown accident caused by the leakage of "four pipes" burst, in this paper, the leakage of final reheater tubes during hydrotest of supercritical power plant in the Middle East is taken as the background case. Through a series of tests such as macro morphology, metallographic analysis, hardness test and chemical composition analysis etc.,the causes of leakage of final reheater tubes are studied. The results show that the leakage of final reheater tube is caused by stress corrosion cracking, At the same time, the relevant suggestions and measures are put forward to avoid similar accidents in subsequent units.
Key words: Final Reheater, Leakage,Stress Corrosion crack
随着我国科技的快速发展和对环保的要求，具有大容量、高参数等特点的超（超）临界机组已成为主流机组。但大容量和高参数的要求导致发电设备的安全运行水平下降，在这个趋势下，电站设备运行中一个越来越突出的问题是“四管”失效，引起爆管或泄露等，这将会对火力发电机组造成经济和安全方面的危害，因此预防锅炉“四管”泄漏已成为各火力发电厂一项重要任务。
1.机组及事故概况
中东某5×660MW超临界燃油机组项目，采用双程螺旋水冷壁，一次再热，双向对冲切圆燃烧，平衡通风，全悬吊结构。该锅炉由GE公司设计，武汉锅炉厂生产，锅炉尺寸为54m*59.8m*64m（W*L*H）；再热器出口压力为6.5MPa，出口温度为540℃。为防止吹灰蒸汽对受热面的冲蚀，在吹灰器附近的高温再热器蛇形管排上均设置有防磨盖板，如图1所示。其中高温再热器管道规格为φ63.5x4.57mm，材质为 SA-213TP347H，防磨瓦材质SA-240 TP309S，其材质成份分别见表1和表2，防磨瓦与管道焊接采用ER347焊丝。
.png)
在#3锅炉水压试验时，高温再热器管道和防磨瓦焊接处出现多处漏点，泄漏发生后，经过现场人员仔细排查，泄漏处主要为防磨瓦与管道焊接处，在此区域表面还发现比较明显的裂纹，为弄清泄露原因，为避免后续机组出现同样的问题和保障机组的稳定安全运行，项目部根据委托第三方实验室进行了一系列的试验。
2 试验与分析
2.1 宏观形貌观察
选取两个管道，样编号为1、2，通过肉眼观察，防磨瓦与母材焊接处焊缝表面未发现明显缺陷，其宏观形貌如图2所示。
对所送的管样将防磨瓦与管道焊接处的地方焊缝清理掉，进行渗透检测，观察记录渗透后的管样外壁的形貌，检查焊缝表面无明显缺陷,同时对管样进行切割，对内部进行渗透试验，发现两个管样内壁有长约12mm的裂纹，如图3所示，此裂纹位于管道与防磨瓦的定位环的焊接处。
通过对管样的宏观外貌进行观察和渗透试验，可以初步推断，高温再热器的泄露与此裂纹有一定的联系，还需要进一步分析原因。
2.2化学成分分析
对两根管样进行溶样化学成分分析，试样结果见表3。试验表明，管样的化学成分符合ASME标准对TP347H钢管的要求。
.png)
2.3 几何尺寸测量
对两根管样进行了几何尺寸测量，包括左右和上下两个方向的外径测量，随机选取的四个位置的壁厚测量，测量结果如表4所示，测量结果表明：两根管道的实测外径、壁厚与公称尺寸及设计规范要求基本相符。
.png)
通过金相试验分析可知：
1）1号管样的裂纹由外向内壁扩展，裂纹的分支也较多，泄漏处的主裂纹两侧还存在多条细裂纹;2号管样的裂纹也是由外壁向内壁扩展，分支也较多。
2）1、2号管样，定位环焊接处焊缝组织正常。母材组织正常，主要为奥氏体+碳化物+孪晶组织结构。
2.4 拉伸性能试验
对1、2号管样进行拉伸性能试验，拉伸试验结果见表5。由试验结果可知：管样的常温拉伸性能满足相关标准对TP347H的要求。
.png)
2.6晶间腐蚀试验
按照ASTM A262《检测奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性的标准方法》标准的对1号管样进行取样。将试样先进行敏化处理（敏化处理制度为650℃保温2h后空冷），再放入标准规定的硫酸-硫酸铜溶液中，加热试验溶液，使之保持微沸状态，连续16h。试验后取出试样，洗净、干燥、弯曲，在10倍放大镜下观察弯曲试样外表面，1号管样焊缝内壁试样弯曲后未发现因晶间腐蚀产生的裂纹。
2.7失效分析
通过对高温再热器管样几何尺寸、金相组织、硬度等进行试验，结果表明：管样材质状态正常；焊缝的化学成分、硬度、组织正常。根据观察选取的两根管样的泄漏处，未发现明显的塑性变形，裂纹由外壁向内壁扩展，主要来源于外表面，且裂纹具有分支多、网状形貌等典型特征，受焊接残余应力、结构应力的共同作用，容易在应力集中区域形成裂纹并向内壁扩展，这是开裂的应力因素；可以判断高温再热器管道泄漏的原因是应力腐蚀开裂。
3建议
1)选择合适的焊接工艺，严格控制焊接过程,并检查之前其它补焊的焊缝是否存在同样缺陷。
2)结合现场焊接施工及设备存放的环境，对焊接工艺进行优化如预热，以降低管子的结构应力和焊接残余应力。
3)选择责任心较强的技术管理、质检、焊工等对缺陷进行修复，并及时进行无损检测，加强此类焊缝的质量监督和管理。
参考文献
[1] ASME 2017 SEC II Part A SA-213/SA-213M, Specification for Seamless Ferritic and Austenitic Alloy-Steel Boiler,Super-heater,and Heat-Exchanger Tubes.
[2] 刘定平．超(超)临界电站锅炉氧化皮生成剥落机理及其防爆关键技术研究［D].广州: 华南理工大学，2012．
[3]周昊,池作和．根据爆口特征判断爆管原因[J].热力发电，1999(5):43-45．
[4]范志东,马翼超,张志博,马剑民等.超（超）临界锅炉水冷壁管泄漏失效分析[J].热加工工艺,2017,46(23):254-258