安全分析第35卷第9期 超超临界机组锅炉用12Cr1MaV合金 连接板处失效分析 武东森杨喜山2武东杰2 (1.华能沁北发电有限责任公司济源45400 (2.河南济源万洋冶炼集团有限公司济源454000 摘要:针对某1000wW超超临界锅炉运行约3600后,高温再热器再入口段管排与固定连接板处焊缝 拉裂泄漏失效情况进行分析。利用SM及金相检验观察分析了12CM合金高温断口失效形式。分析结果表明 原始及长周期运行后微观组织均为F+P+B,组织形貌完全相同老化程度不明显。电鏡扫描断口呈现为明显的 韧窝形貌塑性断裂,裂纹是在较大应力下扩展,段管排与固定连接板焊缝区堿拉裂、撕伤管子的现象,在 行过程中连接板处膨胀受阻导致拘柬应力过大焊缝拉裂。从分析管排膨胀杌理、释放拘柬应力、更换受损等 几个方面提出了预防、减少锅炉高温受热面管排拘柬应力的措施 关键词:超超临界机高温受热面拘柬应力膨胀断裂 Failure Analysis of 12Cr1MoV Alloy Connecting Plate for a-supercritical Unit boiler /u Dongsen Yang Xishan Wu Dongji (. Huaneng Qinbei Power Plant Jiyuan 454000) (2. Henan Jiyuan Wanyang Smelting Group Co, Ltd, Jiyuan 454000) Abstract After a certain 1000MW ultra-supercritical boiler has been in operation for about 36,000h, the failure of the weld crack at the inlet and outlet of the high-temperature reheater is analyzed. The failure modes of 12CrI MoV alloy high temperature fracture were analyzed by SEM and metallographic examination, The analysis results show that the microstructures of the original and long-period operations are F+P+B, and the morphological characteristics are not obvious. The SEM scanning fracture appears as a plastic fracture of the dimple shape. The crack is extended under large stress, and the weld zone of the section pipe and the fixed joint plate is cracked and the pipe is torn. The joint plate expands during the operation. Obstruction causes the restraint stress to be excessively cracked From the aspects of analyzing tube expansion mechanism, releasing restraint stress, replacing damage, etc, measures to prevent and reduce the restraint stress of boiler high temperature heating surface tube are proposed. Keywords High temperature heating surface Restraint stress Expansion 中图分类号:X933.2 文献标识码 文章编号:1673-257X(2019)09-0065-04 DOI:10.3969j.issn.1673-257X.2019.09.012 超临界锅炉的膨胀与锅炉运行工况、几何形状 流场温度分布、锅炉安装、受热面结构等多种因素有关 作者简介:武东森(1988~),男,硕士,工程师、从事锅许多电力企业在过热器、再热器等穿顶棚管处,梳形 炉四管泄露预防及治理工作 通讯作者:武东森,E-mal:wds648927589@163.cm 板密封焊缝多次发生过泄漏事件,因结构原因,在此 (收稿日期:2019-04-23 处无法使用射线、磁粉和超声检测方法,严重影响机 m|65
特种设备安金1安全分析 组的安全稳定运行。因此,在运行中采取必要措施防处焊缝拉裂、管子泄漏原因,针对性对两段有泄漏的 管排与固定连接板处应力集中的发生,并通过检修样管进行检測分析,高再入口管材质12Cr1MovG 消除热膨胀及机组运行产生的拘束,这些措施对机组规格50.8×3.5mm 安全稳定运行至关重要 王必宁等对过热器顶棚密封结构开裂受力进行2裂纹原因分析 了分析口,刘广兴、刘正凡等提出了焊缝裂纹相控 阵检测方法4,江燕明对水冷壁穿顶棚管断裂原2.1宏观检查 因进行了失效分析57。但是,目前针对锅炉高温 取炉后第55排第5根、第54排第6根裂纹处管 再热器管梳形板处结合金相、围观形貌进行失效分子进行宏观检查(编号分别为#5、#6),在固定连 析的相关文献较少,本文基于华能沁北发电有限责接板与管子焊接固定处的管径未胀粗、管璧未减薄。 任公司2×1000MW超超临界机组锅炉高温再热器从连接板与管子角焊接的开裂特征看,裂纹起源于连 人口段管排与固定连接板处焊缝拉裂泄漏失效情况接板与管子角焊缝端部。5样管连接板与管子角焊 进行分析。利用SEM及金相检验观察分析了奥氏缝已经开裂泄漏,#5样管裂纹断口齐平,未见明显 体不锈钢(TP347)高温断口失效形式,并提出相的宏观塑性变形。#6样管管子側角焊缝焊趾处管子 应的防治措 上存在的裂纹。 1设备概况 2.2化学成分分析 在#5、#6样管上取样,采用光谱仪进行化学 华能沁北发电有限责任公司三期机组为两台成分分析,分析结果见表1。检测结果表明,两样管 1000MW超超临界本升直流炉机组。锅炉采用引进技的化学成分满足GB/T5310-2017《高压锅炉用无 术生产,型号为DG3110/26.15-Ⅱ2型锅炉 缝钢管》标准对12 CrIMoVg要求。 锅炉高温再热器管束共计68排,每排为14根 表1化学成分(W%) U形受热面管,规格为φ50.8×3.5mm,横向节距 228.6mm,纵向节距114.3mm,管屏进口段带及梳形 板材质为12 CrlMovG,受热面管采用 Super304H 0,008 SA-213TP347,如图1所示 2.3宏观检查 在5#、6#样管直段上取样,取两根条状拉伸 试样进行室温拉力试验,结果见表2 表2室温力学性能 图1高温再热器示意图 R/ MPa 检修中检査发现高再入口段区域,在管排与固定 接板处存在焊缝拉裂、撕伤管子的现象,存在明显 B5310 泄漏点有7处:扩大检查发现每排的管子固定连接板 与管子固定处都存在焊缝开裂的情况,目测发现约 测结果表明,样管的屈服强度、抗拉强度及伸 500多处。为分析该管子固定连接板与管子焊接固定长率满足GB5310标准对12Cr1MoVG要求
安全分析第35卷第9期 2.4金相检测 图2(a)为5#样管母材的金相组织,为F+P+B 晶粒度8级;图2(b)为5#样管开裂区域的金相组 织,为F+P+B,晶粒度8级:两区域的组织形貌完 相同,组织正常。图2(c)为6#样管母材的金相组织 为F+P+B,晶粒度6级;图2(d)为6#样管裂纹区 或的金相组织,为F+P+B,晶粒度6级:两区域的组 织形貌完全相同,组织正常。对比#5、#6样管母材 金相发现#6样管晶粒度减 温蠕变导致晶粒尺 寸增大,原有金相分布改变,力学性能降低。 0)#6样裂纹区域金相组织 图2#5、#6样管母材及裂纹区金相组织 2.5电镜观察 对#5样管断口进行扫描电镜观察。由于断口表 面的氧化皮较厚,通过去氧化皮、超声波清洗去除表 面污渍处理。电镜观察断口形貌呈现为明显韧窝塑性 断裂。图3(a)为起始区域断口的SEM形貌,图3(b) 为裂纹扩展到管壁上断口的SEM形貌,断口韧窝分布 均匀,与图2(b)#5样区域金相组织分布均匀相印证。 (a)#5样管母材金相组织 (b)#5样裂纹区域全相组织 (b)裂纹扩展到管壁上断口的M形貌 (C)#6样管母材金相组织 图3#5样管断口形貌 IMM. PKC ALROUIPAIENM 67
特种设备安金1安全分析 2.6综合分析 3结论 1)对#5、井6样管母材定量化学成分及力学性能 验结果满足原材料元素组成、力学强度标准要求。 通过对高温再热器再人口段管排与固定连接板处 2)宏观检測知两样管固定连接板与管子焊接处的焊缝拉裂泄漏失效情况进行分析,可以得到以下结论: 管径未胀粗、管璧未淢薄,断口齐平,未见明显宏观 1)高再入口段管排与固定连接板焊缝区域拉裂、 塑性变形痕迹;以及两样管的微观组织为F+P+B,老撕伤管子与在运行过程中该区域拘束应力过大有关。 化程度不明显;表明连接板与管子角焊处的开裂泄漏 2)焊缝的开裂原因为几何结构应力的作用下蠕变 与运行过程中过热超温无关 失效。焊缝区域缺陷不仅加大了几何应力,更降低了 3)开裂起始位置位于连接板与管子焊缝的端部、焊缝的强度,加速了裂纹的形成与扩展。通过对梳形 角焊缝υ0°连接板与管子接触区域,未圆滑过渡,几板割开释放应力,消除了降低结构几何应力,有效防 何尺寸突变明显,导致局部区域存在应力集中。穿顶止了管子蠕变断裂 棚梳形板与管排之间采取单面焊,部分焊缝产生未能 桿透缺陷,形成几何应力的集中点。在长期受到较高 应力作用,应力集中区域产生裂纹,在应力的作用下 参考文献 焊缝开裂、从管外壁向内壁方向以扩展并撕伤管子。 ]马红,王必宁.沙角C电厂1号炉末级过热器末 4)对断口的微观形貌和金相组织分析表明,断口级再热器管顶棚密封部位开裂问題的分析与防治] 具有蠕变和疲劳相互作用导致断裂的特征。断口韧窝西安:西安热工研究院,2005 分布均匀,断口金相组织分布均匀。 2]王必宁,马红,康豫军,王军民,某电站末级过 热器、末级再热器穿顶棚密封结构开裂受力分析及防 2.7防范措施 同.陕西电力,2008,36(1:74-78 1)切除梳形板,改用柔性密封。也可改进梳形板[3]刘广兴,陈聪,刘文,再热器顶棚穿墙管焊缝裂 和受热面管之间的焊接结构,从而减小梳形板与管子纹相控阵检测[.山东电力技术,2017,4(9):68-70 焊缝处间拘東应力。通过在穿墙管处加装套管并与受4]刘正凡,刘丽川,舒丹,等,对接焊缝中超声相 热面管定位焊接 控阵的检测.广东化工,208,35(12):103-108 2)尽可能减少启停次数、频度,减少拘東力的影[5]江燕明,锅炉水冷璧穿顶棚管断裂失效分析与预 响。严格控制锅炉整体升温、升压速率,淢少管排交防凹.中国科技信怠,2012,15:97-99 应力造成的应力集中 [6]伍明生.DG1025/18,2-Ⅱ型锅炉再热器穿墙管密 3)机组正常运行状态下,要严格控制受热面内封结构的技术改造.江苏电机工程,2006,25(6): 部蒸汽及金属管壁温度变化,停炉过程中要进行焖炉 71 处理,当炉内温度降到一定温度后,可以通过自然通7]曾劲松,杨湘伟,末级再热器顶棚穿墙管泄漏原 风进行冷却,但应避免停炉后18h内强制通风冷却。 因分析[].湖南电力,2005,25(2):43-46 (上接第64页) 参考文献 看周边设施和施工条件,详细咨询使用单位是否会有凹GB6067-2010起重机械安全规程S 架空高压线通过起重机作业区域,消除隐患于源头。 巴2]陶玲,电磁辐射的危害分析与防护对策同.电子技 2)使用单位应充分认识到高压线与起重机安全距 术与软件工程,2015,32(11:142 离不足会导致的危险性,严格遵守《起重机械安全规3]孙蓓云,高压输电线路的电磁辐射硏究及其防治 呈》。若有违规,不怀侥幸心理,应积极供电部门沟通 措施,低压电器,2007,22(1):44-46 整改到位 4]邝小磊,等,高压输电线电磁辐射对人体安全距离 3)对于起重机检验机构,应充分认识到起重机开的计算[。科技创新导报,2012,36:100-10 箱监检的重要性,开箱监检时,应仔细勘察起重杋鬧]周洋.20k架空输电线路电磁辐射的相关計算和 边设施和作业环境,发现隐患,及时提出整改意见 减缓措施凹.电工技术,2017,36(12):48-49+72
