餘熱（rè）鍋爐過（guò）熱器爆管原因分析

一、損壞情況

　　1．一級（jí）過熱器西起第5排、南數第1根管爆破，爆口中心線距（jù）下彎管底部510mm。宏觀檢查發現南數（shù）第1根、第（dì）2根管表麵有（yǒu）黑褐色高溫氧化（huà）層，個別氧化層脫落，管徑有明顯脹粗，南數第1根管爆破後，因爆管（guǎn）噴出的蒸汽反（fǎn）作用力（lì），使其向北位移70～100mm。南數第3根一第6根管（入口管），管子表麵呈棕（zōng）紅色，並附有灰白色灰垢，管徑無脹粗現象。

　　2．破口寬90mm、長95mm，撕裂長度（dù）分別為107mm和38mm（脫落），破口的斷裂麵粗（cū）糙且不平整（zhěng），破口附近有很多縱向蠕脹裂紋，裂紋平行於破口（kǒu），起爆點（diǎn）管子壁厚2.2mm，破口表麵氧化層厚0.66mm，外表（biǎo）麵氧化層厚0.4mm。

　　3．使用XLTRO型內窺鏡對西起第5排入（rù）口（kǒu）管、南數（shù）第2根管和第1個彎管內壁進行檢查，內壁均有均勻的氧（yǎng）化層。

　　4．使（shǐ）用XH-500型金相顯微鏡對（duì）6個部位進行檢驗，檢驗結果：爆（bào）口處為輕度球化，即球化3級，金相組織為（wéi）珠光體（tǐ）加鐵素（sù）體加少量碳化（huà）物。爆口處的背火麵金相組織為珠光體加鐵素體，存在傾（qīng）向性（xìng）球化，即球（qiú）化2級。起爆（bào）點向下l00mm處的向火麵金相組織為珠光體加鐵素體（tǐ），傾向性球化，即（jí）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，傾向性球化，即球化2級（jí）。爆口上部（bù）撕裂部位（wèi）金相組織為珠光體加鐵素體（tǐ），傾向勝球化（huà），即球化2級。西起第5排、南數第（dì）6根管（入口端）金相組織為珠光體加（jiā）鐵素體，未球化（huà），即球化1級。

　　5．使用X射線（xiàn）能譜儀對爆管內壁氧化層（céng）進行成（chéng）分（重量百分數）測定（表1）。

　　表1 %

　　6．使用XL-30型掃（sǎo）描電鏡，對爆口和撕裂部位觀察斷口形態，爆口起始點呈（chéng）現（xiàn）一定（dìng）的（de）塑性變形，局部出現環形空洞（dòng）。撕裂斷口呈現明（míng）顯的脆性斷裂形態。

　　二、檢驗分析

　　1．爆破的管子（zǐ）和與其相連的管子外表麵呈黑褐色（sè）高溫氧化層，管徑脹粗率分別為6.3%、17.1%和21.3%，明顯超出2.5%的規定，說（shuō）明爆管是由超溫引起的。其餘各排管子外（wài）表麵均呈棕紅色氧化層（三氧化二鐵），並附有灰白色浮灰，管徑測量為38.1～38.4mm，脹粗（cū）率0.26%～1%，表明這些（xiē）管子沒有超溫現象。因此，可以（yǐ）說明，僅一級過熱器西起第5排、南數第1、2根（gēn）管子超溫，具有特殊性。排（pái）除了一級過熱器管熱負（fù）荷（hé）過高、選（xuǎn）材裕度不足等普遍超溫和管徑脹粗（cū）的原因。

　　2．破口邊緣為鈍邊，斷口（kǒu）平齊粗糙，破口附近（jìn）有平行於破口的縱向短裂（liè）紋，爆（bào）口邊緣有明顯（xiǎn）的變（biàn）形（xíng）和（hé）脹粗現象（xiàng），這些特征說明（míng），該爆管屬於典型的脆性破壞，具（jù）有長（zhǎng）期超溫特征。

　　3．內窺鏡檢查（chá），發現西起第5排、南數第1根（gēn）管（guǎn）的（de）下彎（wān）管底部的腐蝕坑和縱向劃痕應引起重視（shì）。可（kě）能在集箱（xiāng）或過熱（rè）器管（guǎn）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管壁（bì），引起超溫，爆破（pò）後，異物被高壓蒸汽衝出時留下的（de）衝擊痕跡。

　　4．取爆口橫截麵磨製金相樣（yàng）品，發現（xiàn）平行口邊緣有很多裂（liè）紋，這（zhè）些（xiē）裂紋自（zì）外向內壁沿晶界發展，說明管壁超（chāo）溫（wēn）（即超過15CrMo鋼允許溫（wēn）度550℃），管子金屬在應力作用下發（fā）生蠕變（biàn），即管徑（jìng）脹粗，出現（xiàn）蠕變和沿（yán）晶界裂紋，直至破裂。金相檢驗中，還發現管（guǎn）子內外壁有氧化層、脫（tuō）碳（tàn）層（céng），金相組（zǔ）織中珠（zhū）光體球化，爆口處珠光體球化3級，背火麵球（qiú）化（huà）2級，入口側，即西起第5排、南數第（dì）6根管，金相組織中珠光體（tǐ）未發（fā）現球化，組織正常。爆口處珠光體球化和碳化物在晶界上聚集，並伴（bàn）隨有蠕變損（sǔn）傷，即蠕（rú）變裂紋形成，說明材料已經劣化，這是金屬材料長期超（chāo）溫運行的必然結果（guǒ）。珠光（guāng）體球化與溫度有直接關係，溫度愈高，球化速（sù）度愈快。

　　5．爆管取樣（yàng），進行（háng）化學成分分析表明，一級過熱器管材料完全（quán）符合GB5310-95標準中15CrMo鋼的要求。一級過熱器管設計，按照GB9222-88《水管鍋爐（lú）受壓（yā）元件強度計算》規定，完全可以滿足一（yī）級過熱器正常運行要求，僅4500h就發（fā）生（shēng）爆管，說明爆管損壞部位（wèi）的實際壁溫遠大於550℃。

　　6．對爆管內壁氧化層進行能譜分析和物相X射（shè）線衍射分析，黑褐色氧化層主要為（wéi）鐵的氧（yǎng）化物，其相成分為Fe3O4（主）加FeO（次（cì））。

　　當鋼材在含有氧的介質中（zhōng）受熱時，其表麵（miàn）將發生氧腐蝕，高溫氧化是（shì）指鋼在高溫條（tiáo）件下（xià），與腐蝕介質作用發生的腐（fǔ）蝕（shí），與溫度、時間、氣體介質成份、壓力、流速、鋼材成分等有關。鋼在（zài）低於570℃以下的氧化，首先是鋼管表（biǎo）麵碳的氧化即脫碳現象：Fe3C+O2→3Fe+CO2↑然後發生的是鐵（tiě）的氧化：2Fe+O2→2FeO或3Fe+2O2→Fe3 O4，由於（yú）管壁上生成Fe3O4氧化過程減慢，但Fe3O4的導熱性能低，而引起（qǐ）管（guǎn）壁溫度（dù）逐漸升高，當（dāng）壁溫超過570℃以上時，當壁溫超過570℃以上時，產生過熱蒸汽腐蝕即高溫氧化腐蝕，其他過程：

　　3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2↑

　　3FeO+H2O→Fe3O4+H2↑

　　Fe3O4+Fe→4FeO

　　在570℃以上出現（xiàn）上述三個（gè）反（fǎn）應，說明內壁超溫幅度愈高，氧化層愈（yù）厚，爆管處向火麵嚴（yán）重超溫（wēn），內外壁產生高溫氧化腐蝕，管壁明顯減薄，並且有蠕變和蠕變裂紋出現，在內壓（yā）應力作（zuò）用下造成爆管。