餘熱鍋（guō）爐過熱器爆管原因分析

一（yī）、損壞（huài）情況

　　1．一級過熱器西起第5排、南（nán）數第1根管爆破，爆口中心線距下彎管底部510mm。宏觀檢查發現南（nán）數第1根、第2根管表麵有黑褐色高溫氧化（huà）層，個別氧化（huà）層（céng）脫落，管徑有明顯脹（zhàng）粗，南數第1根管爆破後，因爆管噴出的蒸汽反（fǎn）作用力，使其（qí）向北位（wèi）移70～100mm。南（nán）數第3根一第6根管（入口管），管子表麵（miàn）呈棕紅色，並（bìng）附有灰白色灰垢，管徑無脹粗現（xiàn）象。

　　2．破（pò）口寬90mm、長95mm，撕裂長度分別為107mm和38mm（脫（tuō）落），破（pò）口的斷裂麵粗糙且不平整（zhěng），破口（kǒu）附（fù）近有很多縱（zòng）向蠕脹裂紋，裂紋平（píng）行於破（pò）口（kǒu），起爆點管子壁厚2.2mm，破口表麵（miàn）氧化層厚0.66mm，外表麵氧化層厚0.4mm。

　　3．使用XLTRO型內窺鏡對西起（qǐ）第5排入口（kǒu）管、南數第2根（gēn）管（guǎn）和第1個彎管內壁（bì）進行檢（jiǎn）查，內壁均有均（jun1）勻（yún）的氧（yǎng）化層。

　　4．使用XH-500型金相顯微鏡對6個部位進行檢驗，檢驗結果（guǒ）：爆口（kǒu）處為輕度球（qiú）化，即球化3級，金相（xiàng）組織為珠光體加鐵素體加少量碳化物。爆口處的（de）背火麵（miàn）金相組（zǔ）織（zhī）為珠光（guāng）體加鐵素體，存在傾向性球化，即球化2級。起（qǐ）爆點向下l00mm處的向火麵金（jīn）相組織為珠光體加鐵素體，傾向性球化，即球化2級。起爆點向（xiàng）下l00mm處背火麵金相組織為珠光體加鐵素體（tǐ），傾向性球（qiú）化，即球化2級。爆口上部（bù）撕裂部位金相組織為珠光體加鐵素體，傾向勝（shèng）球化，即球化2級（jí）。西起第5排（pái）、南數第6根管（入口端）金相組織為珠光體加鐵素體（tǐ），未（wèi）球化，即球化（huà）1級。

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

　　表1 %

　　6．使用XL-30型掃描電鏡，對（duì）爆口和撕裂部（bù）位觀察斷口形態，爆口起始（shǐ）點（diǎn）呈現（xiàn）一定的塑性變形，局部出現環形空洞。撕裂斷（duàn）口呈現明顯的脆性斷裂（liè）形態。

　　二、檢驗分析

　　1．爆破的管子和與其相連的管子外表麵呈黑褐色高溫氧化層，管徑脹粗率分別為6.3%、17.1%和21.3%，明顯超出2.5%的（de）規定，說明（míng）爆管是由超溫引起的。其餘各排管子外表麵均呈棕（zōng）紅色氧化（huà）層（三氧化二鐵），並（bìng）附有灰白色浮灰，管徑測量（liàng）為38.1～38.4mm，脹粗率0.26%～1%，表明這些管子沒有超溫現象。因此，可以說明，僅一級過熱（rè）器西起第5排、南數（shù）第（dì）1、2根管子超溫（wēn），具有特殊（shū）性。排除了一級過熱器管熱負荷過高、選材裕（yù）度不足等普遍超（chāo）溫和管（guǎn）徑（jìng）脹（zhàng）粗的原因（yīn）。

　　2．破口邊緣為鈍邊，斷口平齊粗糙，破口附近有平行於破口的縱向短裂紋，爆口（kǒu）邊（biān）緣有明顯的（de）變形和脹粗現（xiàn）象，這些特征（zhēng）說明，該爆管屬於典（diǎn）型的脆性破壞，具有長期（qī）超溫特征（zhēng）。

　　3．內窺鏡檢（jiǎn）查，發現西起（qǐ）第5排、南數第1根管的下彎（wān）管底部的腐蝕坑和縱（zòng）向劃痕應引起重視。可能在集箱或過熱（rè）器管（guǎn）係中有雜物（wù），即所謂管內異物堵塞（sāi），沒有（yǒu）足夠流量的蒸汽冷卻管壁，引起超溫，爆破後，異物被高壓蒸汽衝（chōng）出時留下的（de）衝擊痕跡。

　　4．取爆口橫截麵磨製金相樣品，發現平行（háng）口邊緣（yuán）有很多裂紋，這些裂紋（wén）自外向內壁沿晶界發展，說明管壁超（chāo）溫（即超過15CrMo鋼允許溫度550℃），管子金屬在應（yīng）力作用下發生蠕變，即管徑脹粗，出現蠕變和（hé）沿晶界裂紋（wén），直（zhí）至破裂。金相檢驗中，還發現管（guǎn）子（zǐ）內外壁有氧化層、脫碳層，金相組織中珠光體球（qiú）化，爆口處珠光體球化（huà）3級，背火麵球化（huà）2級，入口側，即西（xī）起（qǐ）第5排、南數（shù）第6根管，金（jīn）相組織中珠光體未發現球化，組織正常。爆口處珠光體球化和碳化物（wù）在晶（jīng）界上聚（jù）集，並伴（bàn）隨有蠕變損傷，即蠕變裂紋形成，說（shuō）明（míng）材料已經劣化，這是金屬（shǔ）材料長期超溫運（yùn）行的必然結果。珠光體球化與溫度有直接關係，溫度（dù）愈（yù）高，球（qiú）化速度愈快。

　　5．爆管取樣，進行化學成分分析表（biǎo）明，一（yī）級（jí）過熱器（qì）管材料完全符（fú）合GB5310-95標準中15CrMo鋼的要求。一級過熱（rè）器（qì）管設計，按照GB9222-88《水管（guǎn）鍋（guō）爐受（shòu）壓元件強度計算》規（guī）定，完全（quán）可以滿足一級過（guò）熱（rè）器正常運行要求，僅4500h就發生爆管，說明爆管（guǎn）損壞部位的實際壁溫遠大於550℃。

　　6．對爆（bào）管內壁氧化（huà）層（céng）進行能譜分（fèn）析和物相X射線衍射分析，黑褐色氧化層主要為鐵的氧（yǎng）化物，其相成分（fèn）為Fe3O4（主（zhǔ））加FeO（次）。

　　當鋼材在含有氧的介質中受（shòu）熱時，其表麵將發生氧腐蝕，高溫氧化是指鋼在高溫條件下（xià），與腐蝕介質作（zuò）用（yòng）發生的腐蝕，與溫度、時間、氣體介質成份、壓力、流速（sù）、鋼材成分等有關。鋼在低於570℃以（yǐ）下的氧化，首先是鋼管表麵碳的氧化即脫碳現象：Fe3C+O2→3Fe+CO2↑然後發生的是鐵的（de）氧化：2Fe+O2→2FeO或3Fe+2O2→Fe3 O4，由於管壁上（shàng）生成Fe3O4氧化過程減慢，但Fe3O4的導熱性能（néng）低（dī），而引起（qǐ）管壁溫（wēn）度逐漸升高，當（dāng）壁溫（wēn）超過（guò）570℃以上時，當壁溫超過570℃以上時，產生過熱蒸汽（qì）腐（fǔ）蝕即高溫氧化腐蝕，其（qí）他過程：

　　3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2↑

　　3FeO+H2O→Fe3O4+H2↑

　　Fe3O4+Fe→4FeO

　　在570℃以上出現上（shàng）述三個反應，說（shuō）明內壁超溫幅度愈高，氧化層（céng）愈厚，爆管（guǎn）處向火麵嚴重超溫，內外壁產生高溫氧化腐（fǔ）蝕，管壁明顯減薄（báo），並且（qiě）有蠕變和蠕變裂紋出現，在內壓（yā）應（yīng）力（lì）作用下造成爆管。