1、前 言
某電廠2號鍋爐由哈爾濱動力集團制造，為亞臨界壓力一次中間再熱自然循環(huán)爐，平衡通風和四角切園燃燒方式，燃用煙煤、貧煤，采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫。鍋爐以MCR工況為設(shè)計參數(shù)，在機組電負荷為333 MW工況時最大連續(xù)蒸發(fā)量為1025t/h，機組電負荷為300 MW時，蒸發(fā)量為910.5t/h，富通新能源生產(chǎn)銷售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
顆粒機、
木屑顆粒機、
秸稈壓塊機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
爐膛四周為全焊式膜式水冷壁，水冷壁規(guī)格為∮63.5 mm×8 mm，節(jié)距S=76.2 mm。后水冷壁經(jīng)折焰角后抽出35根管作為后水冷壁吊掛管，管徑為∮76 mm。水冷壁延伸側(cè)墻及水冷壁對流排管的規(guī)格為∮76 mm×9mm。
2001年12月1日，機組在168 h試運行期間，2號鍋爐水冷壁延伸管右數(shù)第24根（標高5lm、折焰角附近彎頭處）左右鰭片根部兩側(cè)發(fā)生泄漏。為分析泄漏原因，進行了一系列相關(guān)試驗。
2、試驗內(nèi)容及結(jié)果
2.1宏觀檢查
水冷壁管設(shè)計材質(zhì)為20G，規(guī)格為476 mm×9mm。泄漏處管子及彎頭無明顯變形。彎頭橢圓度測量，長軸為76.44mm，短軸為74.00 mm，不圓度為3.2 01。
在泄漏彎頭處兩側(cè)鰭片的端部明顯可見裂紋。右側(cè)裂紋起源于彎頭起彎處，鰭片角焊縫端部和梳型板角焊縫的工形焊接接口處已經(jīng)裂穿，泄漏蒸汽將右水冷壁管吹穿。裂紋一端沿鰭片焊縫熔合區(qū)向上開裂，裂紋有分叉；另一端沿周向發(fā)展，呈水平直線形，無分叉，然后在彎頭左側(cè)轉(zhuǎn)折向上發(fā)展（見圖2）。斷口檢查發(fā)現(xiàn)裂紋已經(jīng)貫穿，斷口整齊。在裂紋附近焊縫的外觀檢查發(fā)現(xiàn)多處咬邊（最深為0.5 mm左右，最長為10 mm），斷口有夾渣，在裂紋起裂處的梳形板角焊縫斷口可見內(nèi)部氣孔（∮1mm左右）。
彎頭左側(cè)裂紋沿鰭片焊縫的外壁熔合區(qū)起裂并擴展，無分叉，斷口檢查見裂紋己貫穿，且斷口整齊。
2.2壁厚測量
在開裂泄漏彎頭附近，對水冷壁管壁厚進行測量，結(jié)果如表1所示。
由測量結(jié)果可見，管壁最薄處為水冷壁管彎頭外彎面(9.0 mm)，符合設(shè)計要求。
2.3 化學元素分析
在開裂泄漏的彎頭附近取樣進行化學元素分析，試驗結(jié)果如表2所示。
可見，試樣的化學元素成分符合CJB5130- 95《高壓鍋爐用無縫鋼管》標準的要求。
2.4 力學性能試驗
取開裂泄漏附近處的管段作為試樣，進行拉伸試驗，具體數(shù)據(jù)如表3所示。經(jīng)比較可知，母材的抗拉強度符合GB5130-95《高壓鍋爐用無縫鋼管》標準要求。
2.5金相分析
在泄漏管上相關(guān)部位共取7處試樣進行金相分析。其中試樣1為離泄漏位置500 mm處管段(見圖3)，試樣4取右側(cè)裂紋的左側(cè)尖端。
試樣1的金相組織為片狀珠光體十鐵素體，珠光體球化為1級；試樣4的金相組織為片狀珠光體十鐵素體，珠光體球化為l級，裂紋無分叉，為穿晶形裂紋，橫斷面可見裂紋從外壁起裂，沿焊接熔合區(qū)開裂。
2.6顯微硬度測量
測量試樣的顯微硬度值，數(shù)據(jù)見表4。顯微硬度
值無異常。
2.7 斷口掃描電鏡分析
對裂紋的斷口進行電鏡斷口掃描分析，可見裂紋起源于鰭片角焊縫和梳型板角焊縫的T形焊接接口處，從外壁起裂。斷口可見貝殼狀疲勞紋（見圖6），并可見穿晶型二次裂紋，為穿晶斷口(見圖7)。
3、結(jié)論及處理措施
3.1結(jié) 論
各種分析結(jié)果表明：水冷壁管開裂泄漏是由于振動引起的疲勞失效。開裂的水冷壁管處于爐膛折焰角附近，機組運行時，由于煙氣的沖刷和渦流的作用，管子產(chǎn)生振動，振動產(chǎn)生的交變應力最大作用處是管子彎頭起彎處，正好是鰭片角焊縫和梳型板角焊縫的工形焊接接頭處，焊接熱影響區(qū)機械性能相對較低（一般布氏硬度低20%左右），T型接頭經(jīng)過2次焊接，其熱影響區(qū)性能更低，加上焊接質(zhì)量不良，存在焊接缺陷，故成為疲勞源，在交變應力的反復作用下開裂，一側(cè)沿焊縫熔合區(qū)的薄弱處擴展，一側(cè)沿周向擴展，導致泄漏。
3.2處理措施
a．對泄漏附近水冷壁管類似位置進行了檢查，特別注意檢查出現(xiàn)鰭片角焊縫和梳形板角焊縫的T形焊接接口處；
b．在水冷壁延伸管位置采取加固措施，改變管子的振動頻率，防止產(chǎn)生疲勞裂紋。
采取以上措施后運行至今，該爐未再發(fā)生類似泄漏事故。
4、結(jié)束語
鍋爐的水平煙道位置懸吊管處于煙氣走廊中，由于煙氣的沖刷和渦流的作用，容易使管子產(chǎn)生振動而導致失效。另一電廠的鍋爐也曾經(jīng)在水平煙道附近的前包墻管發(fā)生因為振動引起的疲勞裂紋，導致泄漏。因此，鍋爐水平煙道位置固定的設(shè)計須引起相當重視，以改善鍋爐安全運行狀況。
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