高压锅炉管内表面类裂纹缺陷的分析和评定.pdf

高压锅炉管内表面类裂纹缺陷的分析和评定马红，史志刚，崔雄华，刘富强，王弘?，贺锡鹏，张磊西安热工研究院有限公司，陕西 西安 黔东电力有限公司，贵州 镇远 摘要对高压锅炉管内表面类裂纹缺陷的特征、来源、性质和危害性，以及相关标准中的规定进行了分析，提出了一种金相观察定向压扁的特殊间接试验方法对锅炉管内表面类裂纹缺陷进行间接检验评定，并对 提出了增加压扁试验抽样比例、把扩口试验作为必检项目等建议。关键词高压锅炉管；内表面；类裂纹缺陷；制造缺陷；压扁试验 中图分类号 ；文献标识码 文 章 编 号 （）犇 犗 犐编 号 犃 犖 犃 犔 犢 犛 犐 犛犃 犖 犇犈 犞 犃 犔 犝 犃 犜 犐 犗 犖犗 犉犆 犚 犃 犆 犓 犐 犖 犌犔 犐 犓 犈犇 犈 犉 犈 犆 犜 犛犗 犖犐 犖 犖 犈 犚犛 犝 犚 犉 犃 犆 犈犗 犉犎 犐 犌 犎 犘 犚 犈 犛 犛 犝 犚 犈犅 犗 犐 犔 犈 犚犜 犝 犅 犈 犛 ，犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；收稿日期：作者简介：马红（），男，陕西西安人，研究员，长期从事电站金属结构强度和失效分析、寿命评估工作。类裂纹缺陷近年来多台火电机组在投运初期就频繁发生高压锅炉管内表面类似裂纹的细小裂隙造成管子开裂泄漏，严重影响了机组设备正常投运和安全生产。该类缺陷有以下特征：（）存在于锅炉不同部件（水冷壁、低温过热器、高温 过 热 器、高 温 再 热 器 等）管 子（、等）的直段和弯管部位。（）内表面的直道缺陷通过目视检测容易发现，而内表面类裂纹缺陷通过目视检测很难发现（图）。（）直道（）类裂纹图锅炉管内表面的直道和类裂纹缺陷形貌（）在管子内表面开口，有些呈裂纹丛聚集，缺陷沿管子轴向和径向分布，大多数缺陷沿径向稍倾斜且缝隙很细、个别稍宽；缺陷最深约为，大部分缺陷深度在 范围内，沿轴向长度一般为 左右（图）。图锅炉管内表面类裂纹缺陷的微观形貌根据以上分析及该类缺陷的形貌特征，将其归于“破裂、裂缝、缝隙或裂隙”类，参照 标准统称为类裂纹缺陷。类裂纹缺陷的形成由图可见，大多数类裂纹缺陷较细且裂纹内无明显腐蚀痕迹（图（）和少数有腐蚀痕迹的类裂纹缺陷在腐蚀坑底部存在较细的裂纹尖端（图（）和（），类裂纹内表面缺陷与管子的形变织构流线变化存在明显的对应关系（图（）和（）。因此，管子直段和弯管内表面的该类缺陷应为制造缺陷。形成管子内表面类裂纹缺陷的原因为：穿孔内模经过一定数量管子的穿孔后，内模表面因磨损变得粗糙，粗糙的内模表面使管坯内表面出现一些小凹坑，在后续的张力减径或空拔过程中，管坯内表面的小凹坑被不断地拉长拉细拉深，形成类裂纹缺陷。由于内表面类裂纹缺陷细小且位于内壁，因此无法按 中的“钢管的内外表面在充分照明条件下逐根目视检测表面质量”的目视检查方法检出，且 中金相检查无对管子内外表面类裂纹缺陷的检查项目，而 标准也仅有晶粒度的检查。另外，对于通常的 壁厚的高压锅炉管 和 标准对比试样人工缺陷的深度分别为 和 ，根本无法检测和判废深度在 范围内的带有内表面类裂纹缺陷的管子类裂纹缺陷的危害（）对于锅炉管弯管部位，弯制时其弯制应力较大，在管子内表面原始缺陷处会造成较大应力集中，致使管子在弯管部位处的内表面类裂纹缺陷产生较大扩展。（）锅炉管运行时会在弯管部位产生热胀弯曲应力，该热胀应力随机组起停等负荷变化而循环交变，加上内压环向应力作用，会使弯管部位处的内表面类裂纹缺陷发生疲劳扩展，甚至裂透泄漏（图）。图锅炉管开裂泄漏处（）对于服役温度较高的过热器和再热器管子及环向热应力较大的高热负荷区的水冷壁管子，内表面类裂纹缺陷会降低其蠕变或疲劳腐蚀疲劳寿命。类裂纹缺陷的检验和评判由于沿轴向分布的内表面类裂纹缺陷直接影响到管子的环向性能，因此采用金相观察定向压扁的间接试验方法，按照 和 中的压扁试验规定“压至两板到一定距离，试样上不允许存在裂缝或裂口”，对存在内表面类裂纹缺陷管子材料质量的影响进行评判。具体试验方法如下：（）在管子直段取压扁样，对压扁样的两端进行磨抛之后，在金相显微镜上观察管子的内表面，观察两端面上是否存在类裂纹缺陷（图）。图压扁试验前样品端面的类裂纹缺陷微观形貌（）将发现的类裂纹缺陷部位置于压扁试验中“顶”或“底”位置处进行定向压扁（当壁厚外径 时，将试样中类裂纹缺陷部位置于“顶”或底”之外），观察压扁样品的内表面，如果有目视明显可见的有金属光泽的裂缝和裂口，即可按相关标准判定该管子质量不合格（图）。结论高压锅炉管内表面存在的类裂纹缺陷为制造缺陷，采用金相观察定向压扁的特殊间接试验方法可对出现类裂纹缺陷管进行判定。对 中有关受热面用高压锅炉管的检验和评判内容提出以下建议：图压扁试验后样品微观形貌（）在微观金相检验中，增加对表面类裂纹缺陷的检验项目，并按缺陷深度及缺陷深度与宽度的比例个条件对类裂纹缺陷的性质进行判定。（）增加压扁试验的抽样比例，具体数量可参考 中 政 府 采 购 的 试 验 要 求。目 前 的压扁试验抽样比为每批根钢管各个试样，中政府采购的试验根据每批的总根数最多抽样 根。（）把目前的需方需要时才做的扩口试验改为必做的试验项目（中扩口试验为必做项目）。参考文献 ，产品几何量技术规范（）表面缺陷术语、定义及参数 ，高压锅炉用无缝钢管 ，锅炉、过热器和换热器用无缝铁素体和奥氏体合金钢管子 ，锅炉和过热器用无缝中碳钢管 ，碳钢、铁素体合金钢和奥氏体合金钢管子通用要求檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼（上接第 页）另外，水喷雾雨淋阀组最好设置现场控制箱，这样不仅可对雨淋阀进行集中监控，还可增强整个雨淋阀组的安全性和可控性。火灾报警系统制氨区作为相对独立的重要监测区域，应设置单独的区域报警控制器，并与全厂火灾报警系统建立通讯。制氨区设置氨泄漏检测仪，并将报警信号送入控制器，联动消防系统采取相应措施。若采用套喷淋系统，则一级报警信号送至制氨区控制系统，由控制系统直接打开相应冷却喷淋水阀；二级报警信号则送至火灾报警系统，此时通过区域报警控制器、现场控制箱自动联动相应区域的消防喷淋系统。另外，需在制氨区沿着电缆路径敷设模拟感温探测器。制氨区控制室距制氨区至少，火灾类别为（），危险等级为严重级。在控制室设置组合感烟探测器，并备有灭火器。参考文献孙克勤，钟秦火电厂烟气脱销技术及工程应用北京：化学工业出版社，陈进生火 电 厂 烟 气 脱 销技 术 选 择 性催 化还原法北京：中国电力出版社，石油化工企业设计防火规范（年版），崔建华选择催化还原（）脱硝技术在中国燃煤锅炉上的应用（下）热力发电，（）：周明清火电厂脱硝液氨贮存设施总布置问题探讨 武汉大学学报（工学版），（）：，建筑设计防火规范 ，爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范肖志均，刘慷，周建锋，等阳城电厂选择性催化还原系统及工艺特点介绍热力发电，（）：，火力发电厂与变电站设计防火规范