餘熱鍋爐過熱器爆管原因分析

一、損壞（huài）情況

　　1．一級（jí）過熱器西起第5排、南數第1根管爆破（pò），爆口中心線距下（xià）彎管底部510mm。宏觀檢查發現南數第1根、第2根管表麵有黑褐色（sè）高溫氧化層，個別氧化層脫落，管徑有明顯脹粗，南（nán）數第1根管爆破後，因爆管噴（pēn）出的蒸汽反（fǎn）作用（yòng）力，使其（qí）向北（běi）位（wèi）移70～100mm。南數第3根一第6根管（入（rù）口管），管子表麵（miàn）呈棕紅色，並附有灰（huī）白色灰垢，管徑無脹粗現象。

　　2．破口寬90mm、長95mm，撕裂長（zhǎng）度分別為107mm和38mm（脫落（luò）），破口的斷裂麵粗糙且不平整（zhěng），破（pò）口附近有很多縱向蠕脹裂紋，裂紋平（píng）行於破口，起爆點管子壁厚2.2mm，破口表麵氧化層厚0.66mm，外表麵氧化層厚（hòu）0.4mm。

　　3．使用XLTRO型內（nèi）窺鏡對（duì）西起第5排入口管、南數第2根管和第1個（gè）彎管內壁進行檢查（chá），內壁均有（yǒu）均勻的氧化層。

　　4．使（shǐ）用XH-500型金相顯微鏡（jìng）對6個部位進（jìn）行檢驗，檢驗結果：爆口處（chù）為輕度球化，即球化3級，金相組織為珠（zhū）光體加鐵素體加少量碳化物。爆口處的背（bèi）火麵金相（xiàng）組織為（wéi）珠光體加鐵素體，存在傾向性球化，即球化2級。起爆點向下l00mm處的向火麵金相組（zǔ）織為珠光體加鐵素體，傾向性球化，即球化2級。起爆點向下l00mm處背火麵金相組織為珠光體加鐵素體，傾向性球（qiú）化，即球化2級。爆口上部撕裂部位金相組織為珠（zhū）光體加鐵素體，傾向（xiàng）勝球（qiú）化，即球化2級。西起第5排、南數第6根（gēn）管（入口端）金（jīn）相組織為珠光體加鐵素體，未球化，即球化1級。

　　5．使用X射線能譜儀對爆管內壁氧化層進（jìn）行成分（重量百分數）測定（表1）。

　　表1 %

　　6．使用XL-30型掃描電（diàn）鏡，對爆口和撕裂部位觀（guān）察斷口形態，爆口起始點呈現一定的塑性變形，局部出現環形空（kōng）洞。撕裂斷口呈現明顯的脆性斷裂形態。

　　二（èr）、檢驗分析

　　1．爆破的管子和與其相連的管子外表麵呈黑褐（hè）色高溫氧化層，管徑脹粗率分別為6.3%、17.1%和21.3%，明（míng）顯超出2.5%的規定，說明爆管是由超溫引起的。其餘各排管子外（wài）表麵均呈棕紅（hóng）色氧化層（三氧化二鐵），並附有（yǒu）灰白色浮灰，管徑測量為38.1～38.4mm，脹粗率0.26%～1%，表明這些管子沒有超溫現（xiàn）象。因此，可以說明，僅一級過熱器西起第5排（pái）、南數第1、2根管子超溫，具有特殊性。排（pái）除了一級過熱器管熱（rè）負荷過高、選材裕度不足（zú）等普遍超（chāo）溫和管徑（jìng）脹（zhàng）粗的原因。

　　2．破口邊緣為鈍邊，斷口平齊（qí）粗糙（cāo），破口附（fù）近有平行於破口的縱向短裂紋，爆口邊緣有明顯的變形和脹粗現象，這些特征說明，該爆管屬於典型的脆性破壞，具有長期超溫特征。

　　3．內窺鏡檢查，發現西起第（dì）5排、南數第1根管的下彎管底部的腐蝕坑和縱向劃痕（hén）應引（yǐn）起重（chóng）視。可（kě）能在集箱或過熱器管係中有雜物，即所謂管內異（yì）物堵塞，沒有足夠流量的蒸汽冷卻（què）管壁，引起超溫，爆破後，異物被高（gāo）壓（yā）蒸汽衝出時留下的衝擊痕跡。

　　4．取爆口橫截麵磨製金相樣品，發現平行口邊緣有很多裂紋，這（zhè）些裂紋自外向內壁沿晶界發展，說明管壁超溫（即超過15CrMo鋼允許溫度（dù）550℃），管子金屬在應力作用下（xià）發生蠕變，即管徑脹粗，出現蠕變（biàn）和沿晶界裂紋，直至破裂。金相檢驗中，還發現管子內外壁有氧化層、脫碳層，金相組織中珠光體球化，爆口處珠（zhū）光（guāng）體球化3級，背火麵球化2級，入口側（cè），即西起（qǐ）第5排、南數第6根管，金相組織（zhī）中珠光體未發現球化，組織正（zhèng）常。爆口處珠光體球化和碳化物在晶界上聚集，並伴隨有蠕變（biàn）損傷（shāng），即蠕變裂紋形成，說明材料已（yǐ）經劣化，這是金屬材料長期超溫運行的（de）必然結果。珠光（guāng）體球化與溫（wēn）度有直接關係，溫度愈高，球化速（sù）度愈（yù）快（kuài）。

　　5．爆管取樣，進行化學成分分析表明，一級過熱器管材料（liào）完（wán）全符合GB5310-95標（biāo）準中15CrMo鋼的要（yào）求。一級（jí）過熱器管設計，按照GB9222-88《水管鍋爐受壓元件強度計算（suàn）》規（guī）定，完全可以滿足一級過熱器正常運行要求，僅4500h就發生爆管，說明爆管損壞部位的實際壁溫遠大於（yú）550℃。

　　6．對爆管內壁氧化層進行能譜分析和（hé）物相X射線（xiàn）衍射（shè）分析，黑（hēi）褐色氧化層主要（yào）為鐵的氧化（huà）物，其相成分為Fe3O4（主）加FeO（次（cì））。

　　當鋼材在含有氧的（de）介質中受熱時，其表麵將發生氧（yǎng）腐蝕，高溫氧化是指鋼在高溫條件下，與腐（fǔ）蝕介質作用發生的腐蝕，與溫度、時間、氣體介質成份、壓力、流速、鋼材成分等有關（guān）。鋼在（zài）低於570℃以（yǐ）下的氧化，首先是鋼（gāng）管表麵（miàn）碳的氧化即脫碳現象：Fe3C+O2→3Fe+CO2↑然（rán）後發生的是鐵的氧化：2Fe+O2→2FeO或3Fe+2O2→Fe3 O4，由（yóu）於管壁上生（shēng）成Fe3O4氧化（huà）過程減慢（màn），但Fe3O4的導熱性能低，而引起管壁溫度逐漸升高，當壁溫超過570℃以上時，當壁溫（wēn）超過570℃以上時，產生過熱蒸汽腐蝕即高溫氧化腐蝕（shí），其他過程：

　　3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2↑

　　3FeO+H2O→Fe3O4+H2↑

　　Fe3O4+Fe→4FeO

　　在570℃以（yǐ）上（shàng）出（chū）現上（shàng）述三個反應，說（shuō）明內壁超溫幅度愈高，氧化層愈厚，爆管處向（xiàng）火麵嚴重超溫，內外壁產生高溫氧化腐蝕，管壁明顯減薄，並（bìng）且有蠕變和蠕（rú）變裂紋出現，在內壓應力（lì）作用下造成爆管。