300MW电站锅炉后屏过热器爆管原因分析和对策.pdf

3 0 0 M W 电站锅炉后屏过热器爆管原因分析和对策 黎小秋 ， 赵康文 。 唐囡， 何可龙 江西省电力科学研究院。 ， 江西 南昌3 3 0 0 9 6 摘 要 在试验的基础上， 对某大型电站锅炉后屏过热器管异种钢焊缝破裂的原因进行了失效分析， 结果表明熔合线增碳层， 残余应力和应力集中导致了异种钢焊缝的早期失效， 并提出了相应的改进 措施 以确保 电站锅炉安全运行， 同时， 也可为同类型结构锅炉受热面管的失效分析提供参考。 关键词 电站锅炉； 后屏过热器； 异种钢焊缝 ； 爆管 ； 失效分析 中图分类号 T H1 4 0 ． 7； T K 2 2 3 ． 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 4 8 3 7 2 0 1 2 } 04 0 0 6 8 0 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 8 3 7 ． 2 0 1 2 ． 0 4 ． 0 1 1 Ru p t u r e Ca u s e s An a l y s i s a n d Co u n t e r me a s u r e s o n Re a r P l a t e n Su pe r h e a t e r Tub e o f 3 0 0 M W Po we r S t a t i o n Bo i l e r LI Xi a oq i u， ZHAO Ka n gwe n， T ANG Na n， HE Kel o n g J i a n g x i E l e c t ri c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e ， N a n c h a n g 3 3 0 0 9 6 ， C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e e x p e ri me n t a l d a t a ， a n f a i l u r e a n a l y s i s a b o u t t h e c a u s e s o f t h e d i s s i mi l ar s t e e l w e l d j o i n t s r u p t u r e i n t h e r e a r p l a t e n s u p e r h e a t e r t u b e o f a l arg e p o w e r p l a n t b o i l e r h a s b e e n d o n e ． T h e r e s u l t s d e mo n s t r a t e d tha t t h e e n ric h e d c a r b o n l a y e r s a r o u n d t h e me l t i n g l i n e， r e s i d u a l s t r e s s a n d s t r e s s c o n c e n tr a ． t i o n l e a d s t o a p r e m a t u r e f ai l u r e o f the d i s s i m i l ar s t e e l w e l d j o i n t s ， and the r e t r o fi t t i n g me a s u r e s are i n t r o d u c e d t o e n s u r e t he s a f e o p e r a t i o n o f t h e p o we r s t a t i o n b o i l e r ． At t h e s a me t i me， i t C a l l a l s o s u p pl y r e f e r - e n c e s t o t h e f a i l u r e a n a l y s i s o f the s i mi l a r s t r u c t u r e b o i l e r h e a t i n g t u b e s ． Ke y wo r d s p o w e r s t a t i o n b o i l e r ； r e a r p l a t e n s u p e r h e a t e r t u b e ； d i s s i m i l a r s t e e l w e l d j o i n t s ； t u b e rup t u r e ； f a i l u r e a na l y s i s 0 引言 某大 型发 电厂 3 0 0 M W 机组 蒸汽锅 炉为 兀 型亚临界控制循环煤粉炉 ， 锅炉额定蒸发量 1 0 2 5 t ／ h ， 过热 器 出 口压力 1 8 ． 2 9 MP a ， 出 口温度 5 4 0 o C； 再热器出口压力 3 ． 6 1 MP a ， 出口温度 5 4 0 o C， 1 9 9 7年 3月正式投产发电。2 0 1 1 年 6月， 该炉后 屏过热器管发生爆管 ， 经现场检查， 后屏过热器从 固定端数起第 7屏炉后第 1 3根管异种钢焊接接 头处发生泄漏 ， 该焊接接头为 1 2 C r 2 Mo WV T i B钢 与 T P 3 4 7 H钢对接 接头 ， 1 2 C r 2 Mo WV T i B管规格 为 4 m m1 0 m m， T P 3 4 7 H管规格为 4 mm 8 mm。此焊 口为该炉于 2 0 0 8年小修期 间更换后 屏过热器管所焊 ， 累计运行时间约 1 7 5 0 0 h 。 1 后屏过热器管材料介绍 1 ． 1 l 2 C r 2 Mo WV T j B材料 1 2 C r 2 M o WV T i B是低碳、 低合金贝氏体型热 第 2 9卷第 4期 压 力 容 器 总第 2 3 3期 金相 检验 结果显 示 ， 1 2 C r 2 Mo WV T i B管 金相 组织发生 了碳化物粗化 ， 碳化物分布趋向晶界 ， 贝 氏体组织位向分散严重 ； 奥氏体焊缝侧形成 了黑色 增碳 层 ， 焊缝熔 合 区 1 2 C r 2 Mo WV T i B钢 侧 产生了微裂纹。 T P 3 4 7 H是铬镍奥氏体热强钢， 在其敏化温 度 5 0 0～8 5 0℃ 尤其 是 6 5 07 0 0 o C 再加热 时 易析 出碳化物 J ， 材料脆性将会增加。T P 3 4 7 H 管的金相检验结果显示奥氏体中有少量碳化物析 出， 材质未 出现明显劣化。 3分析讨论 异种钢的焊接包括 1 金相组织相 同而化 学成分 强度等级 不同钢种的焊接； 2 金相组 织和化学成分都不相同钢种的焊接。此次发生爆 管的焊接接头属于金相组织和化学成分都不相同 钢种的焊接接头。 1 2 C r 2 Mo WV T i B钢是低碳 、 低 合金 贝 氏体 型 热强钢， 在与奥氏体钢的焊接过程中， 特别是在焊 接接头高温运行过程 中， 熔合线贝氏体母材侧会 产生碳迁移， 奥氏体焊缝侧会形成高硬度的增碳 层 [ 8 。 。 ， 致使焊 接接 头不 同部 位 的性 能差别 较 大 ， 引起应力集中， 降低焊接接头的高温持久强度 和塑性 ， 易使焊接接头沿熔合区开裂。 奥氏体钢的线膨胀系数 比贝氏体钢大， 在贝 氏体与奥氏体钢焊接时， 焊缝和熔合线附近的金 属受拉应力作用 ， 离熔合线稍远 的金属受压应力 作用 指焊缝为奥氏体组织 ， 这种残余应力不能 用焊后热处理方式消除 ， 因此在熔合 区贝 氏体钢 侧易产生热疲劳裂纹 。 宏观检查显示， 该焊接接头焊缝余 高较高 焊缝余高约5 ． 4 m m ， 且为不等厚对接， 较高焊 缝余高和不等厚度的对接使焊缝与基体金属交界 处形成突变 ， 引起应力集 中_ l ， 造成焊缝 的局部 应力增大了很多， 再加上焊接应力 ， 使得此处在工 作时容易产生疲劳裂纹 。 上述综 合 因素造 成 了 1 2 C r 2 Mo WV T i B钢侧 熔合线附近裂纹的产生， 再加上过高的应力， 从而 导致了异种钢焊接接头的早期失效， 断裂时断裂 面与最大拉应力方 向呈 4 5 。 ， 断裂 沿最大切应力 方向进行。 4结语 严格控制异种钢焊接接头的质量 ， 异种钢焊 接过程应严格按焊接工艺进行 ； 对壁厚差较大 的 管子对接焊应有一个过渡区 ， 不应有过高 的焊缝 余高， 以免造成应力集中。 参考文献 [ 1 ] 李金峰， 欧阳杰， 牛晓光， 等． 1 0 2钢高温再热器材质 变化规律及寿命研究[ J ] ． 河北电力技术， 1 9 9 9 ， 1 1 8 4 8 5 O ． [ 2 ] 姜求志， 王金瑞． 火力发电厂金属材料手册[ M] ． 北 京 中国电力出版社， 2 0 0 4 2 0 4 2 1 6 ， 3 2 3 3 3 7 ． [ 3 ] 刘尚慈． 火力发电厂金属断裂与失效分析[ M] ． 北 京 水利 电力 出版社 ， 1 9 9 2 3 4 3 9 ． ’ [ 4 ] 王丽芳 ， 满达虎 ， 马明亮， 等． 发电厂锅炉高温炉管 剩余寿命综合评估[ J ] ． 压力容器， 2 0 0 5 ， 2 2 8 4 0 4 3． 2 3 ． [ 5 ] D L ／ T 8 8 4 --2 0 0 4 ， 火电厂金相检验与评定技术导则 [ s ] ． [ 6 ] 李立军， 苏明国， 吴立新． 电站锅炉用 T P 3 4 7 H钢管 爆裂分析[ J ] ． 武钢技术， 2 0 0 8 ， 4 6 6 1 51 7 ． [ 7 ] Y o s h i k a w a K， T e r a n i s h i H， T o k i ma s a K ， e t a 1 ． F a b r i c a - t i o n a n d P r o p e r t i e s o f C o r r o s i o n R e s i s t a n t T P 3 4 7 H S t a i n l e s s S t e e l [ J ] ． J ． Ma t e r i a l s E n g i n e e ri n g ， 1 9 8 8 ， 1 0 1 6 98 4 ． [ 8 ] 吴非文． 火力发电厂高温金属运行[ M] ． 北京 水利 电力出版社 ， 1 9 7 9 1 3 1 1 3 7 ． [ 9 ] 周根明， 程颖． 过热蒸汽饱和器的多种方案设计研 究[ J ] ． 流体机械 ， 2 0 1 1 ， 3 9 1 3 6 3 8 ， 4 1 ． [ 1 O ] 杨富， 章应霖 ， 任永宁， 等． 新型耐热钢焊接[ M] ． 北京 中国电力出版社 ， 2 0 0 6 1 7 6 ． [ 1 1 ] 王志文． 化工容器设计[ M] ． 北京 化学工业出版 社 ， 1 9 9 8 ， 3 2 4 0 ． [ 1 2 ] 丁伯民， 黄正林 ， 等． 化工容器[ M] ． 北京 化学工 业 出版社 ， 2 0 0 3 1 5 51 5 6 ． 收稿 日期 2 0 1 2- 0 21 6 修 稿 日期 2 0 1 2一 o 22 7 作者简介 黎小秋 1 9 7 6一 ， 男 ， 工程师， 主要从事电站金 属材料失效分析和检验检测方面工作， 通信J i g Il L 3 3 0 0 9 6 江西省南昌市民强路 8 8号江西省 电力科学研究院材料 技术研究所， Em a i l l m y O 0 7 6 1 2 6 ． t o m。 71