1、概況
    某火力發(fā)電廠1號鍋爐系東德赫恒士爾姆鍋爐廠制造，1970年投入運行，鍋爐型號為EKM- 200／100。該鍋爐按燃用貧煤制造，單爐膛，Ⅱ形布置，雙汽包自然循環(huán)，火室燃燒器四角布置，干態(tài)水力出渣。鍋爐主要參數見表1。
    2002年12月18日19時03分，該廠1號鍋爐運行人員發(fā)現鍋爐主蒸汽壓力突然降至9.0 MPa，爐膛負壓由-80 Pa擺至+80 Pa，給水流量突然增至220 t／h，乙側后煙溫降至460℃，乙側高溫過熱器有泄漏聲。停爐后發(fā)現：l號爐由乙向甲數第三排、由前向后數第18根管子爆開，爆口處標高為25 m，高溫過熱器管子材質為10CrM0910。該鍋爐累計運行時間為225 730h，由于系統(tǒng)負荷的要求，1997年開始鍋爐頻繁不停機調峰，富通新能源銷售生產生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
    1號爐高溫過熱器直立于爐膛上部，受熱強度大，為對流式過熱器，順流排列。
2、試驗分析
    該火力發(fā)電廠1號鍋爐高溫過熱器累計運行225 730 h，已經超過設計使用壽命；近3年該過熱器沒有發(fā)生爆管或泄漏事故。由此可以初步判斷：過熱器管子原材應該沒有問題。在沒有備用管可供比較的情況下，從以下幾個方面進行了試驗分析。
2.1宏觀檢驗
    爆口呈喇叭形開裂，最大張開寬度約70 mm，最大張開長度約100 mm;爆口邊緣減薄較多，斷裂部位厚度僅為1.5 mm左右，斷裂邊緣銳利，爆口斷裂面較為光滑，呈撕裂狀；管子外壁呈淺藍黑色，爆口附近管子有脹粗現象，破口的內外壁由于爐管內汽水混合物的急速沖刷而顯得十分光潔。
    由宏觀檢查初步推斷，爆口形貌符合短時過熱爆管特征，即由于某種原因（如管子堵塞或水循環(huán)不良等）引起管子局部超溫運行，此時鋼材的強度極低，塑性、韌性很高，瞬間能以比較高的速度使管子爆破，表現出變形很大、爆口很薄。高溫高壓蒸汽能使管子瞬間以很高的速度爆破。
2.2化學成分分析
    對爆破管進行化學成分分析，分析結果見表2。由表2中數據可知，爆破管化學成分符合要求，證明原材沒有問題，不存在錯用鋼材的可能，驗證了我們開始的推斷。
2.3力學性能試驗
    對爆破管取樣進行常溫力學性能試驗，試驗結果及對照標準見表3。由表3數據可以看到，常溫下爆破管的抗拉強度較低，爆破管的屈服強度已經不能滿足要求，所有試驗數值均接近標準規(guī)定的下限值。由此可見，經過超長期服役，在高溫和熱應力作用下，過熱器的力學性能已經嚴重下降，不能滿足過熱器管的使用要求。
2.4金相組織分析
    對于10CrM0910鋼，不同的熱處理工藝可獲得不同的使用組織，用作火力發(fā)電廠鍋爐和高溫蒸汽管道及其部件時，通常是以885～980℃正火，然后再650～780℃回火作為鋼管廠出廠時的熱處理。經這樣的處理后，其組織視正火和回火溫度的高低，也會出現不同的原始組織，諸如：鐵素體十珠光體、鐵素體十回火貝氏體以及具有貝氏體位向的索氏體組織等。
    本次試驗沒有備品管可作比較，所以參照1994年該廠1號鍋爐《在役電站鍋爐檢驗報告書》中金相檢驗內容。該報告中，高溫過熱器向火面和背火面組織均為：貝氏體十碳化物十少量鐵素體。由此可以認為，該高溫過熱器原始管組織應該為回火貝氏體或者回火貝氏體十鐵素體。
    回火貝氏體其實是一種鐵素體十碳化物的混合組織，只是鐵素體還保留有原來貝氏體的位向。不論原始組織是哪一種，在運行過程中，均會發(fā)生如下變化：一是碳化物的聚集長大過程，其中一方面是原有碳化物的聚集，另一方面在原有碳化物邊上會析出新的碳化物，這些新的碳化物也會與原有的碳化物發(fā)生聚集作用，這兩方面作用的結果是碳化物顆粒不斷增大，而單位面積上的碳化物顆粒數目減少；二是鐵索體在運行過程中有碳化物的析出，析出物一開始是針狀的，隨著時間的增加鐵素體內碳化物會聚集長大，并且向鐵素體邊界遷移，導致鐵素體內碳化物數量減少。若最后鐵素體的貝氏體位向完全消失，并且在鐵素體的晶界和晶內分布有球狀的碳化物，這種組織就是嚴重的球化組織了。
    圖1～6分別是管子爆口及爆口附近不同位置處顯微組織照片。
    由圖1、2可見，爆破管遠離爆口處顯微組織為少量回火貝氏體十鐵素體十碳化物。組織中大部分回火貝氏體已經分解為鐵素體和碳化物，大量細小碳化物已經析出且彌散分布，但并未聚集長大向晶界移動，因此得知該處組織已趨于老化，但并未達到嚴重老化，也就是說不存在長時過熱現象。
    而由圖3可以看出，爆口處組織為典型的貝氏體組織，與遠離爆口處組織完全不同。因此可以推斷，爆口部位在爆破前過熱溫度較高，超過了lOCrM0910鋼的(790℃)線，使得該處組織發(fā)生相變，即：爆破處過熱溫度較高，造成該處鋼的強度較低，高溫高壓過熱蒸汽使管子發(fā)生爆破，過熱蒸汽迅速沖出，對爆口處管子進行冷卻，相當于對此處管子進行了等溫淬火，從而得到圖3所示貝氏體組織。此時，由于該處瞬時局部過熱溫度較高，鋼的強度較低，而塑性、韌性較好，在管子爆破的瞬間，管子變形速度很快，表現出變形大，破口很薄的特征。
  從圖4～6可以看出，在離開爆口的其它部位，高溫過熱器組織沒有發(fā)生相變，管子組織仍然為少量貝氏體十鐵素體十碳化物。
3、結論及建議
3.1結論
    (1)試驗結果表明，爆破管化學成分符合要求，高溫過熱器管力學性能已經嚴重下降。
    (2)金相檢驗結果表明，爆破管組織已趨于老化。本次爆破的直接原因是短時超溫過熱，造成過熱的原因與鍋爐燃燒、熱交換以及鍋爐結構、運行操作等因素有關。
3.2建議
    (1)電廠應加強運行管理，盡量避免超溫現象的發(fā)生。
    (2)加強化學監(jiān)督，保證汽水質量。
    (3)建議電廠從管內介質流速、爐膛熱偏差及煙氣走廊等方面查找過熱爆管原因。
    (4)1號爐運行時間已經超過設計使用壽命，建議對其進一步擴大取樣范圍，重點是確定管材組織的老化狀況，富通新能源不但生產銷售生物質鍋爐，而且還銷售木屑顆粒機壓制的木屑生物質顆粒燃料專供生物質鍋爐燃燒使用。


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