高温段过热器12Cr1MoVG管爆管原因浅析

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摘要：火力发电厂高温段过热器爆管严重影响电力生产，大唐太原第二热电厂连续发生两次锅炉高温段过热器出口联箱处发生爆管泄露事故，本文从宏观、微观、硬度测定等方面，对所发生管段部位进行了分析，结合本人工作经验与所学专业，对预防同类事故的再次发生提出了几点建议。

关键词：过热器 爆管 浅析

大唐太原第二热电厂8#锅炉为东方锅炉厂DG670／13.7-8自然揗环锅炉。锅炉设计参数为：最大连续蒸发量670t／h；过热蒸汽出口压力13.7MP，出口温度540℃，1994年9月投产，从投产至今运行约14万小时。高温过热器出口管段规格为φ42×5mm，材质为12cr1movg，最高使用温度为565℃。第一次泄漏为左数第24排第3根穿出炉墙上来第一个弯头；第二次泄漏为右数第3排第3根穿出炉墙上来第一个弯头。两次爆管都为炉外管，高温过热器炉内管管材为钢102。

1 爆管的勘测

8#炉高温过热器两次爆管的位置很类似，考虑到现场测温点数不足以反映爆管区的受热状态，经与厂金属组联系，决定对类似的部位，邻近两次爆管的左右位置再取样分析，并取两次爆管中间位置的两根管进行分析，进一步可以判断爆管是个案还是整体性能的下降。

2 试验仪器设备

本次试验，宏观观察使用放大镜和肉眼目视，尺寸测量选用游标卡尺，测厚仪。合金成分分析选用尼通直读光谱仪XLT898，力学性能试验选用SANS/CMT5105材料试验机，WE-1000型万能试验机；维氏硬度试验选用型号VH3-30719维氏硬度仪，金相试验选用PMG3奥林巴斯显微镜。

3 金属检验

3.1 宏观分析 第一次爆管（3月份）爆口呈现条形状，管弯头外弯处，爆口两尖端长61.23mm，爆口中间宽度5.34mm。爆口尖端最小厚度2.3mm，最大厚度4.8mm。爆口中间部位（弯头处），最小厚度2.5mm,最大厚度4.7mm。爆口位置内外管面存在不同程度氧化层和纵向蠕胀纹，有明显氧化和胀粗现象，内壁氧化皮厚度为0.25mm，外壁氧化皮厚度为0.196mm,表现为长期过热特征。第二次爆管（5月份）爆口呈现横向宽幅度展开状，爆口尖端之间距离为16.58mm，爆口横向展开宽度113.42mm，爆口展开面纵向最大长度77.64mm。爆口尖端最小厚度2.0mm，最大厚度4.66mm；爆口展开区最小厚度2.10mm，最大4.90mm.爆口尖端处管壁减薄量不大，呈现较脆的断裂特征；管壁展开部位尖端减薄量不大，爆口内外表面也存在不同程度的氧化层和纵向蠕胀纹，表明该管段在爆管前存在明显氧化和胀粗，管破口内壁氧化皮厚度为0.19mm，外壁氧化皮厚度为0.17mm，宏观分析表明该断口呈脆性特征，具有长期过热的特征。

3.2 化学成分分析 为了验证管材的材质为12Cr1MoVG，我单位要求金属组对所取样的管材合金含量进行了光谱分析取证。见表1

从分析结果可看出，所取试样管材质为12Cr1MoVG，各取样管的合金元素含量满足GB5310-2008标准要求。

3.3 机械性能试验 在直管段上取样，加工成条状试样，按GB T228.1-201标准进行拉伸试验结果如下。

从机械性能的试验结果分析，可看出12Cr1MoVG材质的屈服强度、延伸率尚满足要求，但抗拉强度低于GB T228.1-201标准要求。

3.4 硬度试验 对所取管样按DL/T438-2009标准进行维氏硬度试验。

试验结果表示管材硬度符合工况使用要求

3.5 金相试验 爆口管尖端金相显示存在蠕变微裂纹及孔洞，组织存在明显的脱碳及碳化物聚集，珠光体形态已经消失，组织球化达4级以上，爆口纵向取样金相显示晶粒有轻微变形，说明在爆管瞬间存在短时间过热，具有超温幅度不高的短时间过热特征，管子内外壁氧化皮较厚，有明显脱碳，金属组织已有变质现象。

4 记录分析

4.1 管件外径测量 经过对8#炉高温过热器炉外管管径测量发现，所有被测管件外径都有不同程度的胀粗现象，有的管径胀粗达43mm(1.024%)，外壁氧化皮厚度达0.18mm，接近管件更换43.05mm（1.025%）的边缘。

4.2 管壁内部氧化层的检查 12Cr1MoVG最高使用温度为565℃，管材介质温度540℃。运行温度记录显示，管壁温度常达550℃左右，而管材介质温度在标准温度范围内。通过对割取管件试样检查发现，管壁内部氧化层厚度最高达0.20mm，已严重影响管件的导热。通过分析可知，氧化皮的绝热作用会引起管壁温上升影响管材寿命，同时还会阻碍管内蒸汽流动使壁温大幅升高引起金属蠕变胀粗，导致炉管爆管泄漏。氧化皮的不断脱落与生成循环使管材变薄大大缩短金属的使用寿命，还会造成汽水污染影响汽水品质。剥落的氧化皮有可能在管件的弯头部位聚集，阻碍介质的流动，造成爆管。

4.3 起、停炉对管材的影响 通过对检修台帐查阅，发现除正常起停炉外，发生非正常起停炉抢修12起，其中在10～3月期间停炉7起。由于高过出口管段在炉外，管材的快速升温与冷却引起金属材质的热胀冷缩，也是引发金属组织疲劳，性能下降的一个原因。

5 建议

5.1 建议对高温段过热器出口管段增加温度测点数量，认真检测、记录好每点的温度变化，严禁管材在介质温度及压力超标的工况下运行。

5.2 对管外壁氧化严重的管段及胀粗明显的管段重点检查，及时更换不良管段。

5.3 在停炉检修时，对该区域管段按检修规程进行取样，并进行化学及金相分析，如果管段内壁结垢严重要及时进行酸洗。

5.4 检修测量数据的记录整理，认真对比分析。

5.5 在起、停炉时要严格按照检修及运行规程进行操作，防止管材温度变化太快。

5.6 条件允许的情况下升级管材材质。

5.7 建议运行调整运行方式，防止过热，使锅炉达到良好的运行状态，利用机组检修加强监测，更换受损的过热器。

6 结论

通过对比两次爆管原因的分析，结合其它取样管的检测结果，本人分析认为此处爆管主要原因是由于在材质老化、管材组织发生变化的情况下，长期过热运行造成的。

参考文献：

[1]GB T228.1-2010金属材料.拉伸试验.

[2]GB5310-2008高压锅炉用无缝钢管.

[3]DL/T438-2009火力发电厂金属技术监督规程.

[4]DL/T773-2001火电厂用12Cr1MoV钢球化评级标准.

[5]DL/T884-2004火电厂金相检验与评定技术导刚.