300MW锅炉后屏过热器泄漏分析与处理

300MW锅炉后屏过热器泄漏分析与处理
摘要：过热器是锅炉受热面的重要部位，其中布置在锅炉烟道入口处的后屏
过热器既承受炉膛火焰辐射热量，又承受烟气的对流传热，其管道壁厚、材质种
类较多，往往存在较多的异种钢焊口，本文针对某厂钢研102同SA-213TP347H
异种钢焊口泄漏事故进行分析并提出了相应的防范措施。

一、事故概况：
某厂4号机组为300MW亚临界纯凝发电机组，锅炉为东方锅炉厂生产π型炉，锅炉型号DG1025/18.2-Ⅱ4,至本次事故发生运行约120000小时。

当日09时10分，4号机组锅炉负荷250MW，1、2、3、4、5号制粉系统运行，机组AGC投入，双套吸、送、一次风机运行。

09:10 运行监盘人员发现炉膛压力波动增大，尤其以第三点波动剧烈，09:30通知锅炉点检到就地检查并确认漏点部位，初步
判断为后屏过热器受热面发生爆管事故。

12:05 接值长令，4号机组开始滑停。

二、事故设备损坏情况：
停炉后宏观检查发现，此次爆管事故首爆口
出现在左数第10后屏，前数第13圈管子，前数第14根异种钢焊接接头中间焊口，偏向材质为G102侧焊接熔合线部位，发生脆性环状断裂（见下图1所示包
括位置），从断口部位上部至距离顶棚约200mm，总长约13000mm管子在强大介质内压下导致整根管出排、变形、弯曲直至左数第二大屏右前侧终止。

图1
图2
图
4
图3
三、事故处理情况：
事故抢修过程中更换左数第10后屏前数第13圈管子（最内加屏管），前数第14根异种钢焊接接头1根。

并从异种钢焊接接头上部G102焊口部位开始，对爆管造成的整根出排、变形、弯曲的缺陷管进行整体更换，直至距离顶棚约
200mm直管段部位结束。

更换管段总计长约15000mm，分5节直管段对接完成，加之异种钢焊接接头下部SA-213TP347H焊口，整个抢修过程总共形成7道新安装焊口（其中6道材质为G102；1道材质为SA-213TP347H），焊后金属射线检验100%一次全部合格。

四、事故分析：
1.异种钢接头失效特点：
通过对异种钢接头中间首爆焊口仔细观察，焊口材质为SA-213TP347H与
G102异种钢对接厂家出厂焊口，异种钢接头规格ф54×9mm，中间焊口焊材采用Incone182焊丝，内部充氩保护，半自动钨极脉冲氩弧焊焊接完成。

整根管子爆口周围内、外壁未见任何腐蚀坑穴以及发生任何管壁胀粗、减薄和过热迹象；断裂面平整，断裂位置基本一致，断裂面位于G102一侧熔合线上边缘，具有该类接头早期失效的典型特点，断口环状开裂周长长约170mm，裂口最宽处缝隙约
1mm。

裂缝为锯齿形，复原开裂焊缝后无缺损丢失部分，使用游标卡尺再次测量焊缝两侧管径仍然为Φ54×9m m。

2 .对断裂口的检查：
从断裂口近距离观察，可以清晰的看到断裂是从焊缝表面沿焊缝熔合线从外壁向内壁延伸，断口无明显塑性变形，可以分为两个截然不同的形貌破坏断面。

如图5、图6所示。

图
5
图6
2.1 靠外壁断裂处：断裂面从熔合线处断裂，断面光滑，宽约1.3mm。

2.2 靠内壁断裂处：断裂面粗糙，粗晶断口部分位置有沿破断方向排列的撕
裂棱形，断口宽约为5.7mm。

3.爆管原因分析：
通过查阅大量相关资料表明：判断该异种钢焊接接头失效的特点是脆性的，
低塑性或无塑性断裂，裂缝靠近焊缝界面的铁素体热影响区，平行于焊缝界面。

采用镍基合金焊接的异种钢焊接接头，其失效主要发生在沿熔合线的铁素体钢界
面上。

失效由蠕变裂纹引起，在镍基填充金属时，蠕变裂纹伴随着沿熔合线析出
的大颗粒碳化物生长。

通过硬度试验结果可以得到，经过5万多小时的长期运行，G102侧远离热影
响区的母材硬度值略有增加；热影响区峰值比初始状态硬度值略有升高；G102侧
靠近熔合线处比热影响区其它部位的硬度值低，已运行状态较初始状态略有增加。

众所周知，高温下使用的奥氏体不锈钢与珠光体（贝氏体）耐热钢异种钢焊
接接头中，存在严重的碳迁移倾向。

除脱碳因素外，G102近缝区在循环加热过程
中的贝氏体组织出现回火锐化对硬度的下降也产生一定的影响。

异种钢焊接接头在高温下长期运行，由于热疲劳应力与蠕变应变的共同作用，导致G102侧热影响区，特别是近缝区，随着此区域硬度值增高，组织粗化，碳
化物析出，导致该区域韧性下降，常温冲击断口为典型的脆性断口，为焊接接头
的最薄弱环节。

4.爆管结论：
资料显示：对已运行5万多小时与新焊的异种钢焊接接头的显微组织和性能
比较分析，得出如下结论：
4.1 已运行的与新焊的异种钢焊接接头的显微组织变化不大，只是已运行的
在G102侧热影响区近熔合线贝氏体花纹消失，有碳化物析出；
4.2 已运行的与新焊的异种钢焊接接头性能变化较大，已运行的异种钢焊接
接头高温短时力学性能、G102侧热影响区冲击值低于母材的标准要求；
4.3 焊接接头的薄弱环节在G102侧的热影响区处，特别是靠近熔合线部位，此处最易产生裂纹，导致失效；
五、事故教训与反思：
5.1加强金属监督管理，严格执行华北电力锅炉压力容器检验中心锅炉定检
大纲要求，对运行时间达5万小时以上的不锈钢连接异种钢接头，利用检修机会
进行外观检查，不应有裂纹等焊接缺陷存在。

并要求按照10%比例进行无损检测
抽查，必要时割管做金相检查。

5.2进一步深化防磨防爆检查理论知识运用与现场技能的提升工作，把过、
再热器异种钢焊接接头G102与SA-213TP347H对接焊口作为重点检查对象，购置
便携式金属磁记忆检测仪，利用停炉条件采用金属磁记忆检查能够有效地提前预
报构件的应力集中点及早期表面裂纹，及时更换存在隐患的异种钢接头，做到防
患于未然。

（下图9金属磁记忆检测）
5.3加强运行人员对过、再热汽温监视及调整，防止锅炉管壁超温以及锅炉
管壁大幅度且过于频繁温升温降变化。

5.4特殊情况下进行现场异种钢接头焊接应采用正确的焊接工艺、使用正确
焊材、同时高压焊工必须持有相关项目焊接合格证书方可实施；一般情况下，现
场不进行G102与SA-213TP347H异种钢焊口对接焊接。

5.5寻找有资质、有信誉的锅炉备件企业，直接订购合格备件使用。

加强库
存异种钢接头备件的定期检验，避免将有缺陷的接头带入检修现场。

5.6建议在今后的机组定检中，鉴于G102侧热影响区的韧性和高温短时力学
性能低于母材的标准要求，应对5万小时以上超期服役的不锈钢连接异种钢接头，进行有计划更换。

5.7及时关注异种钢G102与SA-213TP347H材质的焊接接头、应力集中、碳
迁移及失效形式的国内外最新前言科技动态研究方向，为我厂机组安全稳定运行
提供最及时、最有价值的前言资讯。

参考文献：
[1]蔡文河《电站重要金属部件的失效及其监督》
[2]钟肖杰《TP347H/钢102异种钢的焊接》
[3]杨厚君、章应霖、曹晟、吕文广《异种钢焊接接头碳迁移试验现象的分析》
1。