(四川广安发电有限责任公司广安638000)
摘要：本文结合某电厂300MW机组中温再热器顶棚处穿墙管裂纹进行分析，论述了火电厂受热面应力集中部位疲劳失效的现象，供同行类似问题作为参考。
关键词：中温再热器；热疲劳；失效
1.系统介绍
某电厂300MW机组为东方锅炉厂制造的DG1025/18.2-Ⅱ6型亚临界一次中间再热、自燃循环、单炉膛、平衡通风、固态除渣、露天布置、全钢架、全悬吊结构的燃煤锅炉。
再热器系统按蒸汽流程依次分为三级：壁式再热器、中温再热器、高温再热器。
⑴壁式再热器：单排竖直布置在炉膛上部大屏区，紧贴在前墙和侧墙水冷壁管向火面上，水冷壁管和壁式再热器管中心距离为67mm，切角处不布置，节距S=50.8mm。壁式再热器进口集箱通过支座支撑于水冷壁上，支座与水冷壁有铰链相连，所以集箱可随水冷壁一起向下膨胀，还可以沿集箱纵向（炉宽方向）自由膨胀。
⑵中温再热器:布置在水冷壁折烟角上，共32片，管子横向节距S1=457.2mm，管子纵向节距S2=70mm。每片由14根管子绕成U型。
⑶高温再热器：紧接中温再热器布置在水平烟道斜坡区域，由中再每片分成两片，共64片，每片由7根管子绕成U型。
2.原因分析事件经过
某电厂300MW机组2000年投运，截止2019年2月，2019年2月在对该300MW机组再热器系统进行水压试验时，发现中温再热器顶棚处有大量水迹，随即对该位置的管道进行割管检查，检查发现该管道存在明显裂纹，已累计运行87000小时。
对中温再热器此区域扩大范围检查，随机抽查54根，有49根都存在不同程度的裂纹，密封盒与中再管道现场结构如图2-1，裂纹大多位于下图中红色圈位置，后文将红色圈位置成为管道和密封盒焊接的腹部，与腹部间隔90°，即管屏管道中间与密封盒焊接的位置称为肩部。
图2-1密封盒与中再管道现场结构图
图3-1取样管整体宏观外貌
3.原因分析
3.1宏观检查
通过对取样管表面焊接部位进行打磨可以清楚地看见腹部向两侧肩部周向分布的裂纹（图3-1中标识为A侧和B侧），两侧的裂纹在管道圆周方向呈对称形貌，并沿管道和密封盒焊接的路径分布。
沿着肩部同时经过管子直径纵向解刨取样管，可见A侧裂纹未穿透管壁，B侧裂纹已穿透管壁，同时裂纹均为外壁长，内壁短，内外壁宏观形貌见图3-2。
图3-2内外壁宏观形貌
对B侧裂纹通过压弯的方式打开裂口，观察雷口断面，可见除了裂纹两个尖端呈银色的金属光泽，其余位置均呈黑色，外壁裂纹长于内壁，呈金属光泽区域为压开裂纹时新产生的撕裂面，裂纹断口形貌见图3-3。
图3-3裂纹断口形貌
3.2化学成分分析
对样管进行取样，采用光谱仪进行分析，化学成分满足GB/T5310标准要求，结果见表3-1。
3.3硬度检测
对取样管进行硬度试验，硬度值满足DL/T438要求，结果见表3-2。
表3-1化学成分（质量分数），%
表3-2硬度检测结果
3.4金相检测
在A侧裂纹的腹部截取金相试样进行微观检测，裂纹位于灰白色区域，次区域组织为全贝氏体，为15CrMoG钢的焊接热影响区组织，其余区域为深灰色，组织为正常组织。灰白色区域即管子和密封盒焊接的区域，可见裂纹位于焊接热影响区，由外壁向内壁延伸，深约3mm，见图3-4。此外，裂纹内部可见大量氧化皮，见图3-5。
图3-4金相试验宏观形貌
4.结论
理化检验结果表明，样管母材化学成分和金相组织均满足GB/T5310标准对原材料管的要求，硬度满足DL/T438标准对原材料管的要求。
宏微观检测可知，裂纹位于管道和密封盒焊接的区域，沿着焊接路径分布，从外壁起裂向内壁扩展，管道和密封盒焊接的腹部裂纹更深，样管B侧的腹部裂纹已经穿透管壁。微观检测可见裂纹氧化严重，可以判断裂纹产生的时间较早，产生后经过了较长的时间扩展至最终穿透管壁。
图3-5裂纹以及附件微观组织全貌
裂纹位于密封盒和管道焊接处，此位置属于结构上的应力集中区。该机组自2000年投运，已运行87000小时，在近20年的服役过程中，机组每次启停、负荷温度变化等过程均会给金属带来热应力，此热应力反复作用在金属上，则会在应力集中的区域产生裂纹并逐渐扩展。
致谢
感谢电厂生产部锅炉、金属专工提供技术指导。
参考文献：
[1]DL612—1996,[电力工业锅炉压力容器监察规程].
[2]DL/T438—2009，[火力发电厂金属技术监督规程].
作者简介：周国建（1991-），男，助理工程师，主要从事锅炉检修技术管理。