餘（yú）熱鍋爐過熱器（qì）爆管原因分析

一、損壞情況

　　1．一級過熱器西起（qǐ）第5排、南數第1根管爆破，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（dì）2根管表麵有黑褐色高溫氧化層，個別氧化層脫落，管徑有明顯（xiǎn）脹粗，南數第1根管爆破後，因（yīn）爆管噴出的蒸汽反作用（yòng）力，使其向北位移70～100mm。南數第3根一第6根管（入口（kǒu）管），管子表麵呈棕紅色（sè），並附有灰白色灰垢，管徑無脹粗現（xiàn）象。

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

　　3．使用XLTRO型內窺鏡（jìng）對（duì）西起第5排（pái）入口（kǒu）管、南數第2根管和（hé）第1個彎管內壁進行檢查，內壁均有均勻的氧化層。

　　4．使用XH-500型金相（xiàng）顯微鏡對6個部位進行檢驗，檢驗結果：爆口（kǒu）處為輕度球化，即球化3級，金相組織為珠光體加鐵（tiě）素體加少量（liàng）碳化物。爆口（kǒu）處的背火麵金相（xiàng）組織為珠光體加鐵素體，存（cún）在傾向性球化，即球（qiú）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（bào）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）。爆口上部撕裂部（bù）位金相組織為珠光體加鐵素體，傾向勝球化，即球化2級。西起第5排、南數第6根管（入口端）金相組織為珠光體加鐵素體，未球化（huà），即球化1級。

　　5．使（shǐ）用X射線能譜儀對爆管（guǎn）內壁（bì）氧（yǎng）化層進行成分（fèn）（重量（liàng）百分數）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察斷口形態（tài），爆口（kǒu）起始點（diǎn）呈現一定的塑性變形，局（jú）部出現環形空洞（dòng）。撕（sī）裂斷（duàn）口呈現明（míng）顯的脆性斷裂形態。

　　二、檢驗（yàn）分析（xī）

　　1．爆破的管（guǎn）子和與其相連的管子外表麵呈黑褐色高溫氧化層，管徑脹（zhàng）粗率分別為6.3%、17.1%和21.3%，明顯超（chāo）出2.5%的規定，說（shuō）明（míng）爆管是由超溫引起的。其餘（yú）各排管子外表麵均呈棕紅色氧化層（céng）（三氧化二（èr）鐵），並附（fù）有灰白色浮灰，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溫（wēn）現象。因此，可以說明，僅一級過熱器西起第5排、南數第1、2根管子超溫，具有特殊性（xìng）。排除了一級過熱器管熱負（fù）荷過高、選材裕度不（bú）足等普遍超溫和（hé）管徑（jìng）脹粗的原（yuán）因。

　　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（xiàng）短裂紋，爆口邊緣有明顯的（de）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（yǒu）長期超溫特征。

　　3．內窺鏡檢查，發現西起第5排、南數第1根管的下（xià）彎管底部的腐蝕坑和（hé）縱向劃痕應引起重視。可能在集箱或過（guò）熱器管係中有雜物（wù），即所謂管內異物堵塞，沒有足夠流量的蒸汽冷卻管壁，引起超溫，爆破後，異物被高（gāo）壓蒸汽衝（chōng）出（chū）時留下（xià）的衝擊痕跡。

　　4．取爆口橫截麵磨製金相樣品，發現平行口（kǒu）邊緣有很多裂紋，這些裂（liè）紋自外向內壁沿晶界發展，說明管（guǎn）壁（bì）超溫（即超過15CrMo鋼（gāng）允許溫度550℃），管子金屬在應力作用下發生蠕變（biàn），即管徑脹粗（cū），出現蠕變和沿晶界裂紋，直至破裂。金相檢驗中（zhōng），還發（fā）現管子內外壁有氧化層、脫碳層，金（jīn）相組織中（zhōng）珠光體球化，爆口處珠光體球化3級，背火麵球化2級，入口側，即西起第5排、南數第（dì）6根管，金（jīn）相組織中珠光體未發現（xiàn）球化，組織正常。爆口處珠光體（tǐ）球（qiú）化和碳化物在晶界上聚集，並伴隨有蠕變損傷，即蠕變裂紋形成，說明材料已經劣化（huà），這是金屬材料（liào）長期超溫運行的必然結果。珠光體球化（huà）與溫（wēn）度有直接關係，溫（wēn）度愈（yù）高，球化速度愈快。

　　5．爆管取樣，進行化學成分分析表明，一（yī）級過熱器管（guǎn）材料（liào）完（wán）全符合GB5310-95標準中15CrMo鋼的要求。一級過熱器（qì）管設計，按照GB9222-88《水管鍋爐受（shòu）壓元件強度計算》規定（dìng），完全可以滿足一級過熱器正常運行要求，僅4500h就發（fā）生（shēng）爆（bào）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物（wù）相X射（shè）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）加FeO（次）。

　　當鋼材在含有氧的介質中受熱時，其表麵將發生氧腐蝕，高溫氧化是指鋼（gāng）在高溫條件下，與腐蝕介質作用發生的腐（fǔ）蝕，與溫度、時間（jiān）、氣（qì）體介質（zhì）成份、壓力、流速、鋼材成分等有（yǒu）關（guān）。鋼在低於（yú）570℃以下（xià）的氧化，首先（xiān）是鋼管表麵碳的（de）氧化即脫碳現象：Fe3C+O2→3Fe+CO2↑然後發（fā）生的是（shì）鐵的氧化：2Fe+O2→2FeO或3Fe+2O2→Fe3 O4，由於管壁上（shàng）生成Fe3O4氧化過程減慢（màn），但Fe3O4的導熱性能（néng）低，而引起管壁溫度逐漸升高，當壁溫（wēn）超過570℃以上時，當壁溫超過（guò）570℃以上時，產生（shēng）過熱（rè）蒸汽腐蝕即高（gāo）溫氧化（huà）腐蝕，其他過程：

　　3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2↑

　　3FeO+H2O→Fe3O4+H2↑

　　Fe3O4+Fe→4FeO

　　在570℃以（yǐ）上出現上述三個反應，說明內壁超溫幅（fú）度愈高，氧化層愈厚，爆管處向火麵嚴重超溫，內外壁產生高溫氧化腐蝕，管壁明顯減薄，並且有蠕（rú）變和蠕變裂紋出現，在內壓應力作用下造成爆管（guǎn）。