高压加热器给水管道爆裂原因分析及对策.docx

高压加热器给水管道爆裂原因分析及对策陆春燕肖向虹摘要 采用宏观检验、化学分析、金相检验、扫描电镜、运行操作检查等方法，对高压加热器给水管道弯管爆裂原因进行分析，根据分析结果对同类弯管进行更换处理，保证发电厂高压加热器给水管道的安全运行。关键词 高压加热器 给水管道 爆裂 疲劳 脆化中图分类号 TU713文献标识码 B攀钢发电厂 3# 机组为 100MW 机组，配备 2 台高压加热器（简称高加），为立式串联布置，疏水逐级自流，水位采用自动调 节。2012 年 3 月，3-2# 高压加热器给水管道进水弯管于机组开 启过程中发生爆裂。该弯管设计为 Φ273mm×22.2mm 的 90°热 压弯头无缝钢管，材料 st45.8Ⅲ（20G）。机组开机时，最高工作压 力 17.81MPa，机组带 10 万 kW·h 负荷时管道工作压力为 15～16.5MPa，温度达 195℃左右。爆管当日机组带 4 万 kW·h 负荷， 给水母管道压力为 16.78MPa，温度在 90℃左右。该管道累计运 行已达 102 496h。一、宏观检验爆裂发生在弯管段，爆开的残片已脱离管体并坠地。图 1 为 炸开的弯头部位，基本上沿弯曲点分离，但没有超过弯曲切线 点 。 裂口距上端焊缝 400mm， 距 下 端 焊 缝 100mm。 裂 口 长460mm，宽 300mm。宏观断口上显示两个断裂源：一处在右边断 口中部的缺口区，管壁厚度已减薄到 12mm；另一处在左边断口 中部，长 70mm，深 11mm 的疲劳裂纹，但管壁无明显减薄（图2）。图 3 显示左边断口外貌及断裂源，疲劳裂纹起于钢管外表 面。上边断口管壁几乎未减薄。图 4 为下边断口外貌，断口边缘 显示多条原始裂纹。对弯管进行外径和厚度检测，发现弯 管最大直径 278mm，最大壁厚 21mm、最小 壁厚 19mm，管壁厚度不均匀。与设计值相 比 （设 计 值 Φ73mm ×22.2mm） 外 径 相 差5mm，壁厚小于设计要求。 二、化学成分分析 在钢管直管段切取试样，用直读光谱仪检验爆管的化学成分，结果见表 1。爆管 的化学成分符合 GB/T 5310-1999 高压用 无缝钢管标准中对 st45.8Ⅲ（20G）钢的技 术要求，但含有其他元素，如：Ali-0.035Mo -0.0048，Al -0.0148，Alsol -0.0119，Sb -液浸蚀后的低倍组 织 形 态 见图 5。可见原始钢管不圆，且厚 度不均，测量最大 直 径 约 为277mm， 最 小 直 径 约 为270mm；最厚处壁厚约 24mm， 最薄处约 17mm。通过断裂源 切取的环状试样，仍然显示管 壁厚度不均匀（图 6）。原始钢管失圆且 壁 厚 不图 2东边断口外貌及断裂源（缺口处）图 3西边断口外貌及断裂源图 4南边断口外貌，断口边缘显示多条裂纹表 1钢管的化学成分（%）均匀，是在弯管时可能由于内部支撑不足，或 120°弧面加热 控制不良，致使弯管变薄加 剧。注意到严重变薄发生在弯 管东侧，并非于钢管弯头外弧 侧，足证加热部位及弯曲方向 发生偏差。2.显微组织分析分别直管段紧挨 焊 缝 处 及两个断裂源区切取试样，于 抛光态检验出严重的集中夹 0.039 Sn-0.083，As-0.035。三、金相检验1.低倍检验图 1 炸裂的弯道外貌图 5 紧挨焊缝切取的横向磨片的低倍组织图直管段部分紧挨焊缝切取的横截面钢管，磨平、热盐酸水溶设备管理与维修輵輬元素CSiMnPSCuCr含量0.1810.3000.4270.0090.0250.1060.017杂（图 7）。浸蚀后的试样，直管段的组织为晶粒细小 的 铁 素 体+珠光体，属无缝钢管热轧 态 组 织 。弯 管 断 裂 源 区 组 织（铁素体+珠光体） 较 前 者 粗 大，有所变形（图 8）。弯管断裂 源区组织 （铁素体+珠光体），表 2 断口裂纹源区的 SEM 形态中元素含量图 6 通过断裂源切取的半环状试片区的断口形貌见图 13，于低倍率下可见大量夹杂，裂纹扩展区断口形貌为穿晶解理和韧窝混合，且有大量夹杂（图 14）。说明 材料存在脆断特征。图 7 所取试样抛光态下的夹杂形态图 8 东边断裂源区组织亦较粗大（图 9）。钢管中出现集中夹杂说明材料存在一定的脆性。弯头的组 织粗于直管段，则推测弯管弯制时加热温度过高，且弯制后管道 又没经热处理工序去细化组织。3.断口分析（1）体视显 7 镜断口观察。断口及断裂源区显示结晶状脆断 特征（图 10），图 11 为断口裂纹源区的形貌，其斜向观察见图12。由图 12 可见断裂起源于皮下大夹杂。图 13 断口裂纹源区的 SEM形态（白亮点为夹杂）图 14 断口显示拉长的韧窝图 15 断口疲劳源区的断口形貌图 16