根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及取樣分析，對(duì)某電廠的循環(huán)流化床鍋爐水冷壁布風(fēng)板管進(jìn)行了失效分析。通過(guò)采用光譜分析、硬度測(cè)量、金相顯微觀察等實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)失效管子的化學(xué)成分、力學(xué)性能以及顯微組織進(jìn)行了表征分析。確定了管子失效是由于澆注料脫落造成管子受熱不均，結(jié)合管子自身組織缺陷，產(chǎn)生導(dǎo)致貫穿性疲勞裂紋從而導(dǎo)致管子泄漏。最后根據(jù)實(shí)際情況，提出了預(yù)防措施和建議。
前言
隨著全社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，脫硫已成為鍋爐運(yùn)行中至關(guān)重要的一步。循環(huán)流化床(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“CFB”)燃燒技術(shù)因具有脫硫效果好、燃燒效率高、燃料適應(yīng)性高等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)成為國(guó)際上應(yīng)用廣泛的干法脫硫技術(shù)之一。我國(guó)目前已有數(shù)百臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐投人使用或正在制造之中_1]。CFB鍋爐系統(tǒng)的布風(fēng)裝置是鍋爐空氣供給系統(tǒng)的重要組成部分，可供鍋爐實(shí)現(xiàn)流態(tài)化燃燒，與鍋爐的流化質(zhì)量和穩(wěn)定運(yùn)行有著密切的聯(lián)系。國(guó)內(nèi)CFB鍋爐應(yīng)用最普遍的是風(fēng)帽式布風(fēng)裝置。當(dāng)布風(fēng)裝置出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)影響到燃燒工況，甚至鍋爐無(wú)法實(shí)現(xiàn)流態(tài)化燃燒。因此，布風(fēng)裝置的風(fēng)帽、風(fēng)室、布風(fēng)板等部件在CFB鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行中起著重要的作用。
某電廠采用東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的DG一2069/17.4一Ⅱ1型CFB鍋爐。2010年11月并網(wǎng)發(fā)電，于近期發(fā)生水冷壁布風(fēng)板管爆管事故。我們結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況，對(duì)爆管的位置進(jìn)行了研究與分析。重點(diǎn)觀察了管子的失效形貌、采用直讀式光譜儀、光學(xué)顯微鏡(OM)、布氏硬度計(jì)等多種表征手段，對(duì)失效管子的化學(xué)成分、顯微組織、力學(xué)性能等理化性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)試與分析，并結(jié)合鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況，分析了失效的成因與機(jī)理。同時(shí)，根據(jù)分析結(jié)果，提出對(duì)應(yīng)的解決方案和預(yù)防措施，避免了同類(lèi)型失效現(xiàn)象對(duì)鍋爐安全運(yùn)行的影響。
失效布風(fēng)板管基本情況
爆管位置發(fā)生在2號(hào)鍋爐爐底布風(fēng)板管處，管子材質(zhì)為SA一210C，規(guī)格為82.55mm×12.7mm。爆管管子區(qū)域附近管子上下均附著一層厚度約30mm的澆注料，爆管位置管子上方澆注料脫落，澆注料的作用是阻熱及防磨。布風(fēng)板管爆管后鍋爐右側(cè)后墻水冷壁管受到吹損，進(jìn)而導(dǎo)致4根水冷壁管因吹損減薄發(fā)生爆管。
試驗(yàn)結(jié)果及討論
2.1宏觀失效形貌
開(kāi)裂布風(fēng)板管管子宏觀形貌如圖1所示。圖1(a)所示為爆口附近形貌，可以清晰地看見(jiàn)水吹損減薄痕跡，邊緣尖銳。同時(shí)，對(duì)該部位進(jìn)行表面探傷，發(fā)現(xiàn)爆口邊緣管壁外表面存在多條垂直于軸向的橫向裂紋，如圖中黑色方框所示。將圖1(a)中黑色方框處截取出后觀察，管子內(nèi)壁形貌如圖1(b)所示。由內(nèi)壁形貌可知，管子內(nèi)壁螺紋底部同樣存在大量裂紋。在相鄰管子相同位置截取試樣，形貌如圖1(c)所示，圖中黑色方框處存在多條垂直于軸向的表面裂紋;圖1(d)為截取圖1(c)中黑色方框所示區(qū)域管子內(nèi)壁形貌。觀察后發(fā)現(xiàn)該樣品內(nèi)壁螺紋底部仍存在大量裂紋。由裂紋宏觀形貌可以推斷，裂紋有外壁起裂，向內(nèi)壁擴(kuò)展.并最終貫穿整個(gè)管子。
(a)開(kāi)裂處外表面裂紋形貌
(b)開(kāi)裂處內(nèi)表面形貌
(c)開(kāi)裂處表面裂紋形貌
(d)開(kāi)裂處內(nèi)表面形貌
圖1開(kāi)裂布風(fēng)板管管子宏觀形貌
2.2化學(xué)成分分析
采用直讀式光譜儀對(duì)管子開(kāi)裂部位進(jìn)行化學(xué)成分分析。成分分析結(jié)果表明，該失效管件的化學(xué)成分符合ASMESA一210標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)SA一210C鋼管的材質(zhì)要求。
表1開(kāi)裂管件化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))
2.3力學(xué)性能分析
采用便攜式里氏硬度計(jì)在裂紋附件進(jìn)行硬度測(cè)量，測(cè)量前需對(duì)測(cè)量點(diǎn)位進(jìn)行打磨和拋光處理，以達(dá)到硬度檢驗(yàn)要求。硬度測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。
結(jié)果表明，該失效部位硬度值滿足ASMESA一210標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)SA一210C鋼管的硬度要求。
表2開(kāi)裂管件硬度測(cè)量結(jié)果
2.4顯微組織分析
對(duì)圖l中開(kāi)裂的管件進(jìn)行切割取樣制備金相樣品，以便對(duì)其顯微組織進(jìn)行觀察分析并參考碳鋼金相評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行評(píng)級(jí)，見(jiàn)圖2。
(a)爆口邊緣外表面金相組織
(b) 爆口邊緣內(nèi)表面金相組織
(c)爆口邊緣外表面裂紋金相組織
爆口邊緣外表面的金相組織，組織為鐵素體加珠光體，呈3.5級(jí)球化。裂紋開(kāi)裂形式為穿晶型，且主裂紋旁有次生微裂紋存在。
失效原因分析
結(jié)合外觀檢查，化學(xué)成分，硬度及金相試驗(yàn)分析可以看出，該布風(fēng)管爆管原因?yàn)楫a(chǎn)生貫穿性疲勞裂紋而導(dǎo)致管材泄漏。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查情況可知，澆筑料松動(dòng)，在清理床料時(shí)，松動(dòng)的澆注料被清理走，表面由于床料覆蓋，檢查人員沒(méi)有仔細(xì)檢查，而使管子局部沒(méi)有澆筑料而運(yùn)行，管子形成一個(gè)交變的溫差，從而形成應(yīng)力場(chǎng)，而且該管子金相組織呈帶狀，帶狀組織材料橫向力學(xué)性能低于縱向力學(xué)性能，故在交變的應(yīng)力場(chǎng)下易形成了表面裂紋。
據(jù)循環(huán)流化床的磨損原理，布風(fēng)管的磨損相對(duì)較少，澆筑料的作用主要是阻熱，防止床料直接在管子上燃燒。澆筑料脫落以后，床料直接在管道上燃燒造成管道表面過(guò)熱，床溫平均溫度為917℃，而布風(fēng)板管內(nèi)部水的溫度為300℃左右，且布風(fēng)管壁較厚(12.7mm)，導(dǎo)熱能力差，這就造成脫落澆筑料的布風(fēng)板管內(nèi)外壁溫差大而形成疲勞裂紋，是此次爆管的原因。
結(jié)語(yǔ)
(1)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)分析并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果，推斷此布風(fēng)板管失效的原因是由于澆注料脫落部位的布風(fēng)板管內(nèi)外壁溫差大而形成疲勞裂紋，最終導(dǎo)致爆管。
(2)停爐后，應(yīng)將布風(fēng)板上的床料全部清理干凈，包括床灰，露出全部澆注料，對(duì)沒(méi)有澆注料的地方及曾經(jīng)澆注料脫落并補(bǔ)了的地方進(jìn)行重點(diǎn)檢查，如發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題，則對(duì)此地方全部檢查，并抽檢澆注料從來(lái)沒(méi)有脫落的地方。
