鍋爐爐管爆裂事故的分析

丁 芒

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，南京 210003）

經(jīng)驗(yàn)交流

鍋爐爐管爆裂事故的分析

丁 芒

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，南京 210003）

采用宏觀檢驗(yàn)、金相檢驗(yàn)及能譜分析等方法對一起爐管爆裂事故的原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，爐管本身沒有質(zhì)量問題，但爐管在焊接時(shí)產(chǎn)生了裂紋，經(jīng)受長期超溫后引起強(qiáng)度下降，焊接裂紋逐步由外向內(nèi)擴(kuò)展，最終導(dǎo)致爐管爆裂。

鍋爐；爐管爆裂；分析

鍋爐在石油、化工、電力等行業(yè)應(yīng)用較為廣泛，它是一種直接用火焰加熱的設(shè)備，受熱面內(nèi)外表面會受到火焰、煙氣、灰塵、水與蒸汽等物質(zhì)的侵蝕、過熱而磨損、變形和開裂。鍋爐在設(shè)計(jì)、制造和安裝等環(huán)節(jié)中所遺留的缺陷，在運(yùn)行過程中可能會影響鍋爐的本質(zhì)安全，釀成事故，甚至發(fā)生更大的破壞性爆炸事故而造成人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失。

爐管作為鍋爐的關(guān)鍵部件之一，爆裂是常見的事故。盡管工程技術(shù)人員想方設(shè)法預(yù)防，但此類事故仍屢發(fā)生[1-2]。本文就最近一起某電廠鍋爐發(fā)生的爐管爆裂事故進(jìn)行分析，探討其事故起因并提出預(yù)防措施。

1 檢驗(yàn)項(xiàng)目與方法

鍋爐有2根爐管爆裂，編號為1#、2#，3#爐管未裂。爐管工作壓力13.0 MPa，工作溫度約為320℃，材料為20#鋼，規(guī)格為?60 mm×6.5 mm，爐管內(nèi)所通介質(zhì)為水、汽或2者混合物。

分析檢驗(yàn)項(xiàng)目：

1)對試樣形貌進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)分析；

2)在1#爐管的裂開部位、爐管頭部正火面、背火面及焊接筋板處分別切取金相試樣進(jìn)行金相分析，依次編號為 1-1#、1-2#、1-3#、1-4#；在 2#爐管焊接筋板處切取一塊金相試樣進(jìn)行金相分析，編號為2-1#；

3)對3#爐管背火面取樣按GB/T 5310—2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行力學(xué)性能檢測[3]；

4)對爐管內(nèi)壁殘留物進(jìn)行能譜分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 宏觀檢驗(yàn)

1#、2#爐管開裂形貌如圖1和圖2所示。1#爐管軸向開裂，裂紋開口較大，開裂位置靠近焊接筋板；而2#爐管周向開裂，裂紋橫貫焊接筋板，開裂后的裂紋原始形貌已被人為破壞。

2.2 金相分析與討論

金相組織檢查發(fā)現(xiàn)1-1#、1-2#試樣外表面（爐管外壁）有過燒現(xiàn)象，分別如圖2的a、b所示；1-4#、2-1#焊接筋板試樣局部外表面也有過燒現(xiàn)象，如圖2的c、d所示；而1-3#試樣外表面未發(fā)現(xiàn)過燒組織；5件試樣內(nèi)表面（爐管內(nèi)壁）均有不同程度的氧化現(xiàn)象，無過燒組織，如圖3a所示。爐管內(nèi)部正常組織見圖3b。

由圖3 a可見，1-1#試樣靠外表面一側(cè)組織呈魏氏體組織形態(tài)，表明爐管有過熱現(xiàn)象，在斷口邊緣金相組織為焊縫組織，如圖4 a所示；2-1#試樣焊縫組織有較多的焊接裂紋，如圖4 b所示。

2.3 性能檢測

1-3#爐管背火面試樣力學(xué)性能檢測數(shù)據(jù)如表1。

表1 1-3#爐管背火面力學(xué)性能數(shù)據(jù)Tab 1 Mechnical property data of 1-3#furnace back fire surface

由表1結(jié)果可知，1-3#爐管背火面力學(xué)性能符合GB/T 5310—2008要求。

2.4 能譜分析結(jié)果

能譜分析結(jié)果顯示，爐管內(nèi)壁殘留物含有C、O、Na、Si、Cu、P、Ca 外來元素，未發(fā)現(xiàn)腐蝕介質(zhì)。

2.5 原因分析

爐管力學(xué)性能符合GB/T 5310—2008標(biāo)準(zhǔn)要求，說明爐管質(zhì)量沒有問題。

由于表面已嚴(yán)重氧化，因此斷口形貌已無法觀察。從金相組織來看，爐管向火面外壁有過燒組織，管內(nèi)壁有氧化現(xiàn)象，爐管實(shí)際有效壁厚已經(jīng)減薄；斷裂部位外壁次表面有過熱組織，表明爐管局部過熱。所以可以判斷鍋爐的爐管有長期超溫現(xiàn)象。

斷口處金相組織為焊接組織，爐管斷裂在焊縫處，金相組織檢查發(fā)現(xiàn)焊縫處有焊接裂紋，表明焊接裂紋為裂紋源。

綜上所述，爐管加熱超溫后，爐管組織發(fā)生變化，爐管外壁形成過燒及過熱組織，內(nèi)壁氧化，爐管有效厚度下降，強(qiáng)度降低，在管內(nèi)壓力作用下以焊接裂紋為裂紋源，裂紋由外向內(nèi)擴(kuò)展，導(dǎo)致了爐管爆裂。

3 結(jié)論

爐管焊接時(shí)就產(chǎn)生了裂紋，在例行的無損檢測中也未發(fā)現(xiàn)；運(yùn)行時(shí)長期溫度過高，強(qiáng)度下降，焊接裂紋為裂紋源，逐步由外向內(nèi)擴(kuò)展，最終導(dǎo)致爐管的爆裂事故。

因此建議在鍋爐安裝過程中，要加強(qiáng)焊后無損檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患；鍋爐運(yùn)行過程中，要嚴(yán)格按照操作規(guī)程，避免鍋爐長時(shí)間超溫，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)處理，避免事故發(fā)生。

[1]王士能.20 t/h鍋爐水冷壁管爆裂原因探討[J].理化檢驗(yàn):物理分冊,2001,37(1):27-29.

[2]吳如慶,楊宇清.SHL10-13A鍋爐水冷壁管爆裂原因分析[J].理化檢驗(yàn):物理分冊,2000,36(11):513-515.

[3]GB/T 5310—2008高壓鍋爐用無縫鋼管[S].

Analysis on the Causes of Explosion of Boiler Tube

Ding Mang

(Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province，Nanjing 210003)

The causes of explosion of boiler tube were analyzed by macroscopic inspection,metallographic examination and energy spectrum analysis,etc.The results show that there is nothing with the quality of boiler tube itself,and the cracks caused during boiler tubes having been welded undertook high temperature for long time,which made strength decrease.Eventually,the cracks extended from outside to inside,which led to explosion.

boiler;explosion of boiler tube;analysis

X928.3

BDOI10.3969/j.issn.1006-6829.2010.02.019

2010-01-22