Проведен анализ аварийных разрушений труб, изготовленных из стали 10Х13Г12БС2Н2Д2 (ДИ59), IV ступеней пароперегревателей котлов при небольших наработках эксплуатации (до 15000 часов). При металлографических исследованиях представленных разрушений выявлено, что причиной разрушения во всех случаях явилось развитие межкристаллитной коррозии (МКК). В связи с этим, целесообразно рекомендовать ТЭС отказаться от применения стали ДИ 59 и вернуться к применению хромоникелевой стали (12Х18Н12Т) аустенитного класса как зарекомендовавшей себя с положительной стороны за долгие годы эксплуатации по истечении назначенного срока службы.
Согласно приказу РАО «ЕЭС России» № 142 от 29.03.2001г. «О первоочередных мерах
по повышению надежности работы ЕЭС России» (п. 2.99.2. Приложения № 1), все (многие) АО «Энерго», в том числе и на тот момент ОАО «Алтайэнерго», в течение 2001 г. разработали, а в последующие годы осуществили программы по замене поверхностей нагрева (пароперегревателей), изготовленных из стали 12Х18Н12Т, на поверхности нагрева, изготовленные из новой (разработанной в конце 80-х гг. ЦНИИТМАШ) экономно легированной хромомарганцевой стали аустенитного класса 10Х13Г12БС2Н2Д2 (ДИ 59).
Необходимость обуславливалась выявленными проблемами эксплуатации котлов с рабочим давлением 13,8 МПа (140 кгс/см2), а именно - низкой надежностью змеевиков выходных и предвыходных пакетов пароперегревателей по причине активно развивающейся межкристаллитной коррозии используемого на тот момент в его конструкции материала - хромоникелевой стали аустенитного класса 12Х18Н12Т. Данная марка стали не обеспечивала заданного ресурса 100000 часов, и реальный срок службы составлял примерно 60000 - 80000 часов, что вызывало необходимость преждевременной замены поверхностей нагрева из дорогостоящего материала, частые остановки для ремонта и снижение нагрузки котла. По информации ЦНИИТМАШ, сталь ДИ 59 была испытана в условиях эксплуатации на реальных котлах и зарекомендовала себя с наилучшей стороны.
Марка стали ДИ 59 внесена во вновь разработанные ТУ 14-3Р-55-2001 для изготовления труб и допущена к применению ГГТН РФ для изготовления элементов котлов (изменение № 2 к Правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов, введено с 01.10.2000 г.).
На Барнаульской ТЭЦ-2 и Барнаульской ТЭЦ-3 в ремонтные периоды котлов произведена замена IV ступени пароперегревателей, изготовленных из стали ДИ59, на шести котлах (БКЗ 210-140Ф – 2 шт., БКЗ 420-140ПТ2 – 4шт.).
За последнее время на исследование в службу металлов и сварки были представлены четыре разрушения труб (сталь ДИ 59) из разных пакетов и разных микроблоков (в местах прохода через изоляцию) IV ступени пароперегревателя котла БКЗ БКЗ 210-140Ф СТ. № 12 Барнаульской ТЭЦ-2.
Наработка – 6 821 часов, число пусков – 17 (замена в 2007 г.). Разрушения представляют собой нераскрытые разветвленные трещины в продольном и поперечном направлениях с окрашиванием металла по наружной поверхности (фото 1, 2).
Наружная поверхность труб чистая, без отложений и окалины за исключением одной трубы, покрытой снаружи отложениями красно-коричневого цвета (коррозионного
характера) толщиной до 2,0 мм. При разрезке труб по месту разрушений наблюдаются коррозионные повреждения, распространившиеся вглубь стенки до 2,0 - 2,3 мм, и трещины сквозного характера. Внутренняя поверхность труб чистая, без видимых дефектов. Вне разрушения увеличения диаметра труб не обнаружено. Микрошлифы для исследования были вырезаны перпендикулярно месту разрушения. Травление производилось раствором «царской водки»; микроструктура смотрелась на микроскопе Метам ЛВ-32 при увеличениях 100х и 500х и состоит из аустенита с небольшим количеством двойников и выделением укрупненных карбидов по границам и внутри зерна. Величина зерна балл 5 по ГОСТ 5639.
Во всех случаях в зоне повреждения параллельно основным трещинам обнаружено межзеренное коррозионное растрескивание металла, начинающееся с наружной поверхности и сопровождающееся выпадением целых зерен (фото 3, 4). В ответ на запрос представителей Барнаульской ТЭЦ-2 Красноярский котельный завод предоставил заключение Независимого инженерного центра технической диагностики, экспертизы и сертификации «РЕГИОНТЕХСЕРВИС», установившего, что образцы труб (изготовленные ЗАО «Никопольский завод нержавеющих труб») DxS = 32х4,5 мм, сталь 10Х13Г12Б-С2Н2Д2 партий № 109296, 105966, 10658 не склонны к межкристаллитной коррозии. Для определения состояния металла труб IV ступени пароперегревателя были произведены вырезки из зоны прохода через изоляцию и зоны газохода, микроструктура состоит:
• В зоне прохода через обмуровку из аустенита с двойниками и линиями скольжения, по наружной поверхности (по всему периметру трубы) обнаружено межзеренное коррозионное растрескивание металла, сопровождающееся выпадением целых зерен;
• В зоне газохода из аустенита с двойниками и большим количеством линий скольжения в большей степени к наружной поверхности трубы.
По результатам исследований сделан вывод, что разрушение труб DXS = 32х4,5 мм, сталь ДИ 59 IV ступени пароперегревателя котла ст. №12 произошло вследствие развития коррозионного повреждения (МКК) металла в месте прохода через обмуровку, предположительно, из-за воздействия агрессивной среды при увлажнении обмуровки.
В зоне прохода труб через газоход коррозионного повреждения не обнаружено. На пароперегревателе IV ступени котла БКЗ 210-140Ф ст. № 11 БТЭЦ-2 были проведены исследования плановых вырезок труб из стали ДИ 59 (зоны газохода) двух микроблоков. Наработка-12941 часов (замена в 2006 г.). При металлографическом исследовании структура данных труб состоит из аустенита с двойниками и линиями скольжения (фото 5, 6). С лобовой стороны труб данных микроблоков обнаружено растрескивание металла на глубину 0,24-0,32 мм с выпадением зерен (фото 7-9), что характерно для межкристаллитной коррозии. Величина зерна балл 7 по ГОСТ 5639.
При металлографических исследованиях представленных разрушений труб DxS = 32х4,5 мм, сталь ДИ 59 котлов БКЗ 210-140Ф ст. № 11,12 Барнаульской ТЭЦ-2 выявлена межкристаллитная коррозия при небольших наработках эксплуатации. Также следует
отметить отсутствие информации по исходной структуре стали ДИ 59, необходимой для определения возможности дальнейшей эксплуатации элементов котлов из данной марки стали и ее изменений в процессе эксплуатации.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод об отсутствии заявленного преимущества экономно легированной хромомарганцевой стали аустенитного класса в стойкости к межкристаллитной коррозии при примерно равной стоимости с хромоникелевой сталью аустенитного класса. Считаем целесообразным рекомендовать ТЭС отказаться от ее применения и вернуться к применению хромоникелевой стали аустенитного класса, зарекомендовавшей себя с положительной стороны за долгие годы эксплуатации.
Литература:
1. ТУ 14-3Р-55-2001. Трубы бесшовные для паровых котлов и трубопроводов из коррозионностойкой стали.
2. ТУ 14-1-1045-74 Методы испытаний на стойкость против межкристаллитной коррозии.
3. Акользин П.А. Предупреждение коррозии металла паровых котлов.
4. Структура и коррозия металлов и сплавов. Справочник.
5. Акользин П.А. Коррозия и защита металла теплоэнергетического оборудования.
6. Гофман Ю.М. Оценка работоспособности металла энергооборудования ТЭС.
Опубликовано в журнале "Вестник арматуростроителя" № 2 (37) 2017
Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 2 (37) 2017
