餘熱（rè）鍋爐過熱（rè）器爆管原因分析

一、損壞情況

　　1．一級過熱器西起第5排、南數第1根管爆破（pò），爆口中心線距下彎管底部510mm。宏觀（guān）檢查發現南數第1根、第2根（gēn）管表麵有黑褐色高溫氧化層，個別氧化層脫落，管徑有明顯脹粗，南數（shù）第1根管爆破後，因爆管噴出的蒸（zhēng）汽反作用力，使其向北位移70～100mm。南數第3根（gēn）一第6根管（入（rù）口（kǒu）管），管子表麵呈棕紅色，並附有灰（huī）白色灰垢，管徑無脹粗（cū）現（xiàn）象。

　　2．破口寬（kuān）90mm、長95mm，撕裂長度分別為107mm和38mm（脫落（luò）），破口（kǒu）的斷裂麵粗糙且不平整，破（pò）口附（fù）近有（yǒu）很多縱向蠕（rú）脹裂紋，裂紋（wén）平行於破（pò）口，起爆點管子壁（bì）厚2.2mm，破（pò）口表麵氧化層厚0.66mm，外表麵（miàn）氧化層（céng）厚0.4mm。

　　3．使用XLTRO型內窺鏡（jìng）對西（xī）起第5排入（rù）口管、南數第2根管和第1個彎（wān）管內壁進行（háng）檢（jiǎn）查，內壁均有均勻的氧（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：爆口處為輕度球化，即球化（huà）3級，金相（xiàng）組織為珠光體加鐵素體加少量碳化物。爆口處的背火麵金相組織為珠光體加鐵素體（tǐ），存在傾向性球化，即球化2級（jí）。起（qǐ）爆點向（xiàng）下l00mm處的向火（huǒ）麵金相組織為珠光體加鐵素體，傾向性（xìng）球化，即球化2級（jí）。起爆（bào）點向下l00mm處背火麵金相組織為珠光體（tǐ）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光體（tǐ）加鐵素體，傾向（xiàng）勝（shèng）球化，即（jí）球化2級。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，未球化，即球化1級。

　　5．使用X射線能譜儀（yí）對爆管內壁氧化（huà）層進行成分（重量百（bǎi）分數）測定（表1）。

　　表1 %

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

　　二、檢驗（yàn）分析

　　1．爆（bào）破的管子和與其相連的管（guǎn）子外表麵呈黑（hēi）褐色高（gāo）溫氧（yǎng）化層，管徑脹粗率分別為6.3%、17.1%和21.3%，明顯超出（chū）2.5%的規定，說明爆管是由超溫引（yǐn）起的。其餘各排管（guǎn）子外表麵均呈棕紅色氧化（huà）層（三（sān）氧化二鐵），並附有灰白色浮（fú）灰，管徑測量為38.1～38.4mm，脹（zhàng）粗率0.26%～1%，表明這些管子沒有超（chāo）溫現象。因此，可以說明，僅一級過熱器西起第5排、南數第（dì）1、2根管子超溫，具（jù）有特殊性。排除了一級過熱器管熱負荷過高、選材裕度不足等普遍超溫和管徑（jìng）脹粗的原（yuán）因（yīn）。

　　2．破口邊緣為鈍邊，斷口平齊（qí）粗糙，破口附近有平行於（yú）破（pò）口的縱（zòng）向短裂紋，爆口邊緣有明顯的變形和脹粗現象，這些特（tè）征說（shuō）明，該爆管屬於典型的脆性破（pò）壞，具有長期超溫（wēn）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（hé）縱向劃痕應引起重視。可能在集（jí）箱或過熱器管（guǎn）係中有雜物，即（jí）所謂管內（nèi）異物（wù）堵塞，沒（méi）有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（qì）衝出時留下的衝擊痕跡。

　　4．取爆口橫截（jié）麵磨製金（jīn）相樣品，發現平行口邊緣有很多裂紋，這些裂紋自外向內壁沿晶界發展，說明管壁超溫（即（jí）超過15CrMo鋼（gāng）允許溫度550℃），管子金屬在應力作用下發生蠕變，即管（guǎn）徑脹（zhàng）粗，出現蠕變和沿晶界裂紋（wén），直至破裂。金相檢驗中，還發現管子內外壁（bì）有氧化層、脫（tuō）碳層，金相組織中珠光（guāng）體球化，爆口處珠光體球化3級，背（bèi）火麵球化2級，入口側，即西起第5排（pái）、南數第6根管，金相組織中珠光體未發現球化，組織正常。爆口處珠（zhū）光（guāng）體球化和（hé）碳化物在晶界上聚（jù）集，並伴隨有蠕變損傷，即蠕變裂紋形成，說明材料已經劣化，這是金（jīn）屬材料長期超溫運行的必然結（jié）果。珠光體球化與溫度有直接關係（xì），溫度愈高（gāo），球化速度愈快。

　　5．爆管取（qǔ）樣，進行化學成分分析表明，一級過熱器管材料完全符合GB5310-95標準中（zhōng）15CrMo鋼的要求。一級過熱器管設計，按照GB9222-88《水管（guǎn）鍋（guō）爐受壓元件強度計算》規定，完全可以滿（mǎn）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550℃。

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

　　當鋼材在含有氧的（de）介質中受熱時，其表麵將發生氧腐蝕，高溫氧化是指鋼在高溫條件下，與腐蝕介質作用發生的腐蝕，與溫度、時（shí）間、氣體介質成（chéng）份（fèn）、壓力、流速、鋼材成分等有關（guān）。鋼（gāng）在低於（yú）570℃以下的（de）氧化，首（shǒu）先是鋼管表麵碳的氧化即脫碳現（xiàn）象：Fe3C+O2→3Fe+CO2↑然後發生的是鐵的氧化：2Fe+O2→2FeO或3Fe+2O2→Fe3 O4，由（yóu）於管壁上生成Fe3O4氧化過程減慢（màn），但Fe3O4的導熱性能低（dī），而引起管壁溫度逐漸升高，當壁溫超過570℃以上時，當壁溫超過570℃以上時，產生過熱蒸汽腐蝕即高溫（wēn）氧化腐蝕，其他過程：

　　3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2↑

　　3FeO+H2O→Fe3O4+H2↑

　　Fe3O4+Fe→4FeO

　　在（zài）570℃以上出現上述（shù）三個反應，說明內壁超溫幅度愈高，氧化層愈（yù）厚，爆管處向火麵嚴重超溫，內外壁產（chǎn）生高溫氧化（huà）腐蝕（shí），管壁明顯減薄，並且有蠕變和（hé）蠕變裂紋出（chū）現，在內壓應力作用下造成爆管（guǎn）。