48QQA超生物质电厂高温过热器爆原因分析修改下.docx
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48QQA超生物质电厂高温过热器爆原因分析修改下
生物质电厂高温过热器爆管原因分析
摘要：
本文结合一起生物质电厂高温过热爆管的原因进行分析，发现弯管后的热处理过程中出现晶粒长大是本次爆管的主要原因，提出了相对应的处理措施，并介绍了处理效果。
关键词：
生物质电厂；高温过热器；爆管；分析
前言
华西能源工业股份有限公司设计制造的纯烧生物质循环流化床锅炉#1炉，锅炉型号为HX220/9.81-Ⅳ1，于2014年5月3号发生过热器爆管事故。
其原因是过热器爆管。
经检查，爆管弯头由于弯管后的热处理过程中出现晶粒长大是本次事故的主要原因。
另外，管子外壁普遍存在晶间腐蚀现象，裂纹是从外壁向内壁扩展，由于晶间腐蚀后晶粒容易从表面基体上形成表面层脱落，引起管壁减薄，向火侧比背火侧较为严重。
针对本次事故，采取的相应措施有：
1）通过现场利用试验的方法，判断其他同类管材对该厂的适应性；2）促进炉内燃烧的稳定性，尽量避免锅炉运行工况大幅变化，锅炉工况变化较大时可以考虑机组定压运行，防止蒸汽参数的急剧变化；3）进行燃烧优化调整试验，如风量配比试验、炉膛出口温度、燃烧氧量调整、燃料混配掺烧调整等，通过测量烟气中可能造成腐蚀成分的变化达到优化目的；4）对电厂常用的生物质原料进行添加高岭土、活性矾土、白云石、氧化钙等添加剂燃烧试验，确定适用于生物质电厂的减缓腐蚀添加剂，并在电厂进行试用。
一、事件概况
#1炉为华西能源工业股份有限公司设计制造的纯烧生物质循环流化床锅炉，锅炉型号为HX220/9.81-Ⅳ1；高温过热器规格为Φ38×5，材质SUS316。
#1炉投产至今共运行16341小时。
2014年4月25日晚上21:
00点火，26日凌晨3:
43并网。
2014年5月3日上午17:
33，#1炉持续正压，负荷快速下降，汽机补水增大，现场检查发现锅炉B侧顶棚有汽冒出且炉内有泄漏声，判断存在爆管。
18:
06打闸停机。
2014年5月5日上午查出高温过热器B侧数第14屏至19屏存在爆管。
2014年5月8日换管完毕，更换高温过热器管43根，共计90个焊口。
二、检查情况
1、后墙水冷壁、屏式过热器未见爆漏点，屏、高过间松动风风帽未见穿孔、脱落。
高温过热器爆漏区域集中在靠近底部弯头的管屏下部（标高约32米），需更换管子43根，其中出现爆口的管子22根，减薄超标的管子21根。
2、高温过热器检查情况：
除17-8下弯头的爆口外，共21根管存在不同形状、大小的爆口，几乎所有爆口周围管外壁减薄明显。
无论爆口是窄长或宽口形状，其边缘锋利。
判断爆口是管壁受冲刷减薄而爆。
15-9整根直管受爆口喷出蒸汽的反向作用力，严重变形出列，其从原管屏位置偏移至16-9与17-10的管屏间。
3、17-8下弯头爆口检查情况：
管爆口周围内、外壁无蒸汽冲刷减薄现象，爆口边缘钝厚，呈切割状，爆口部位有轻微胀粗，此爆口为初始爆口。
4、为进一步分析爆管原因，取4-7直管部位、16-7直管及弯头、16-10直管、17-8直管、17-9弯头及爆口共7处样管做金相分析。
4.1、爆口宏观检查
爆口位于管子的弯头部位，爆口张口不大，边缘较钝，为脆性断裂断口见图3，除爆口部位管子发生胀粗外，整根管子无胀粗，全部管子明显减薄，向火侧较为严重，管子的规格为φ38×5，管子的减薄量见表1，（16-7、17-9弯头被蒸汽吹薄）。
表1管子的减薄量
试样编号
向火侧
背火侧
外径
1（14-7直管）
2.40
3.62
34.18
2（16-7直管）
2.82
3.44
34.24
3（16-7弯头）
1.36（吹薄）
4.26
31.98
4（16-10直管）
2.92
3.54
34.30
5（17-8直管）
2.68
3.36
34.34
6（17-8爆口）
1.90
4.92
32.94
7（17-9弯头）
1.66（吹薄）
3.92
33.02
4.2、管子材料检验
管子材料为316不锈钢，使用便携式直读光谱仪/X-MET7000对管子进行检验，其化学成分见表2，材料符合设计要求[1-3]。
表2管子在便携式直读光谱仪/X-MET7000分析结果
试样编号
Cr
Mo
Ni
Mn
1（14-7直管）
17.30
2.02
10.29
1.05
6（17-8爆口）
16.95
2.04
10.99
0.98
4.3、金相组织分析
在现场取样的两个弯头和一段管子取金相环，分别取2个弯头，4段管子及爆口共7个试样，经过粗磨、细磨、抛光、腐蚀，在XJG-05金相显微镜下进行金相组织分析，外壁腐蚀情况及内壁氧化皮微观形貌观察。
依据标准为DL/T884-2004《火电厂金相检验与评定技术导则》[4-5]。
金相分析结果：
（1）爆口处存在较多的晶间腐蚀裂纹，裂纹是从外壁向内壁发展，形成穿透性裂纹，其晶粒较大。
（2）对各管段进行金相检查，所有管子外表面都存在晶间裂纹，各段管子的裂纹深度见表3：
表3各段管子的裂纹深度
试样编号
向火侧（晶粒深度）
背火侧（晶粒深度）
1（14-7直管）
10
5
2（16-7直管）
7
3
3（16-7弯头）
5
2
4（16-10直管）
9
4
5（17-8直管）
12
10
6（17-8爆口）
3
1
7（17-9弯头）
1（表面被吹损）
1（表面被吹损）
从表面裂纹深度可知：
向火面比背火面晶间腐蚀裂纹较多且深。
（3）管子内壁氧化膜较薄，且比较均匀地附着管子内壁，管子内壁没发现存在腐蚀裂纹。
（4）由于管子运行过程中表面产生晶间腐蚀裂纹，裂纹到了一定深度，其表面层就容易从管子表面脱落，使管子出现腐蚀减薄，同时由于向火侧裂纹比背火侧严重，故向火侧管壁比背火侧减薄较多。
（5）晶粒粗大的管子其腐蚀速度比晶粒小的管子大，且晶间裂纹容易在晶界发展成穿透性裂纹，从而引起管子过早开裂。
（6）各管段的金相组织及表面腐蚀情况见表4。
表4各管段的金相组织及表面腐蚀情况
试样编号
金相组织及腐蚀情况
备注
1（14-7直管）
组织为奥氏体，晶粒度7级，向火侧腐蚀裂纹约10个晶粒深，背火侧腐蚀裂纹约5个晶粒深，由于表面产生腐蚀裂纹，造成表面腐蚀层容易脱落，内壁氧化膜均匀且致密。
2（16-7直管）
组织为奥氏体，晶粒度7级，向火侧腐蚀裂纹约7个晶粒深，背火侧腐蚀裂纹约3个晶粒深，由于表面产生腐蚀裂纹，造成表面腐蚀层容易脱落，内壁氧化膜均匀且致密。
3（16-7弯头）
组织为奥氏体，晶粒度7级，向火侧腐蚀裂纹约5个晶粒深，背火侧腐蚀裂纹约2个晶粒深，由于表面产生腐蚀裂纹，造成表面腐蚀层容易脱落，内壁氧化膜均匀且致密。
4（16-10直管）
组织为奥氏体，晶粒度7级，向火侧腐蚀裂纹约9个晶粒深，背火侧腐蚀裂纹约4个晶粒深，由于表面产生腐蚀裂纹，造成表面腐蚀层容易脱落，内壁氧化膜均匀且致密。
5（17-8直管）
组织为奥氏体，晶粒度7级，向火侧腐蚀裂纹约12个晶粒深，背火侧腐蚀裂纹约10个晶粒深，由于表面产生腐蚀裂纹，造成表面腐蚀层容易脱落，内壁氧化膜均匀且致密。
6（17-8爆口）
组织为奥氏体，晶粒度5级，孪晶，晶粒粗大，已形成穿透性腐蚀裂纹，内壁氧化膜均匀且致密。
原始爆口
7（17-9弯头）
组织为奥氏体，晶粒度5级，孪晶，晶粒粗大，与爆口为同一个U型弯，由于其表面吹损严重，表面腐蚀裂纹较少，内壁氧化膜均匀且致密。
1号样表面腐蚀裂纹
1号样向火侧表面腐蚀裂纹
1号样背火侧表面腐蚀裂纹
1号样内壁金相组织和氧化皮形貌
2号样向火侧表面腐蚀裂纹
2号样背火侧表面腐蚀裂纹
3号样内壁金相组织和氧化皮形貌
3号样向火侧表面腐蚀裂纹
3号样背火侧表面腐蚀裂纹
3号样内壁金相组织和氧化皮形貌
4号样向火侧表面腐蚀裂纹
4号样背火侧表面腐蚀裂纹
4号样内壁金相组织和氧化皮形貌
5号样向火侧表面腐蚀裂纹
5号样背火侧表面腐蚀裂纹
5号样内壁金相组织和氧化皮形貌
5号样向火侧表面腐蚀裂纹
6号样断口
6号样向火侧表面腐蚀裂纹
6号样背火侧表面腐蚀裂纹
7号样向火侧表面腐蚀裂纹
7号样背火侧表面腐蚀裂纹
7号样内壁金相组织和氧化皮形貌
三、原因分析
17-8爆口金相分析晶粒度评级5级（其它管屏试样母材晶粒度7级），晶粒粗大，判断其爆管弯头由于弯管后固溶处理过程中温度控制或恒温时间未控制好，出现晶粒长大，晶界面积相应减少，使得析出在晶界上的铬碳化合物密度随之增加，晶界附近区域发生铬的贫化，造成晶界和晶粒之间的化学成分差异，存在电位差以致形成腐蚀[6-7]。
管子内壁氧化皮均匀且致密，没发现内壁存在腐蚀现象，而外壁受外界腐蚀气态HCI和碱性氯化物的沉积，产生晶间裂纹[8]。
在宏观上，晶间腐蚀裂纹沿管壁外表生长，将使管外壁金属剥落，管壁减薄；沿壁厚方向生长，将形成穿透性裂纹。
另外，晶间腐蚀使得材质变脆，强度急剧下降。
综上所述，此次爆管原因为316不锈钢弯头在热处理中温度或时间未控制妥当，导致晶粒粗大，加速了外壁晶间腐蚀开裂速度，形成穿透性裂纹，造成管子过早失效。
四、结论及建议
1、管子外壁普遍存在晶间腐蚀现象，裂纹是从外壁向内壁扩展，由于晶间腐蚀后晶粒容易从表面基体上形成表面层脱落，引起管壁减薄，向火侧比背火侧较为严重。
2、爆管弯头由于弯管后的热处理过程中出现晶粒长大，更容易在运行中产生晶间腐蚀裂纹，裂纹形成穿透性，造成管子过早失效，是导致本次爆管的主要原因。
3、316已不适合此工作环境下作为高温过热器用钢。
4、管子内壁氧化皮均匀且致密，没发现内壁存在腐蚀现象，水质较好，不透钢老化不明显。
5、对SUS316应用于高温高压生物质的适用性进行分析，并可通过实验室试验的方法，选用其他同类型材料（如TP347H等），进行高温高压生物质的适用性进行分析。
6、针对目前高温受热面管材SUS316的实际情况，通过现场利用试验的方法，判断其他同类管材对该厂的适应性，华西能源提供管材（TP347H、P91等，包含喷涂与不喷涂的两种管样）于现场安装，进行试验判定。
7、加强运行调整，促进炉内燃烧的稳定性，尽量避免锅炉运行工况大幅变化，锅炉工况变化较大时可以考虑机组定压运行，防止蒸汽参数的急剧变化。
8、进行燃烧优化调整试验，如风量配比试验、炉膛出口温度、燃烧氧量调整、燃料混配掺烧调整等，通过测量烟气中可能造成腐蚀成分的变化达到优化目的。
9、对电厂常用的生物质原料进行添加高岭土、活性矾土、白云石、氧化钙等添加剂燃烧试验，确定适用于生物质电厂的减缓腐蚀添加剂，并在电厂进行试用。
参考文献：
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106-107.DOI:
10.3969/j.issn.1002-3364.2005.12.038.
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