電廠鍋爐水冷壁爆管原因分析

高愛令（中國石化齊魯分公司特種設(shè)備檢測中心，山東 淄博 255400）

電廠鍋爐水冷壁爆管原因分析

高愛令（中國石化齊魯分公司特種設(shè)備檢測中心，山東 淄博 255400）

本文采用宏觀檢查、力學(xué)性能測試、金相檢驗等方法對鍋爐水冷壁爆管的原因進行了綜合分析。結(jié)果表明：爆管主要原因是水冷壁管短時嚴重過熱。

鍋爐;水冷壁;爆管;短時過熱

某電廠3#爐是HG-410／100-11型自然循環(huán)液態(tài)排渣燃煤鍋爐。2016年10月，3#爐給水壓力突然降低，汽包水位下降，因泄露嚴重造成停機。經(jīng)檢查為水冷壁管爆裂，爆裂位置在鍋爐后墻中間部位水冷壁垂直段向火側(cè)，標高約17m處。該水冷壁規(guī)格為Φ60×5mm，材質(zhì)為20G。管內(nèi)介質(zhì)溫度約300-310℃，壓力11-11.5MPa，向火側(cè)靠近火焰中心部位溫度達1156℃。

水冷壁是鍋爐重要的蒸發(fā)受熱面。布置在爐膛內(nèi)壁四周或中間，吸收爐膛內(nèi)高溫火焰的輻射熱，把水加熱并逐漸轉(zhuǎn)變成飽和蒸汽和水的汽水混合物。由于水冷壁的冷卻，內(nèi)壁溫度大大降低，也防止結(jié)渣及熔渣對爐墻的腐蝕，減少爐墻的厚度和重量。[1]

為找出該水冷壁爆管原因，以爆口處為中心，截取上下各500mm，總計1000mm直管段為試樣，采用宏觀檢查、化學(xué)成分分析、金相檢驗等方法對爆管原因進行分析。

1 技術(shù)檢驗分析

1.1 宏觀形貌與特征

宏觀檢查發(fā)現(xiàn)試樣爆口處位于向火側(cè)，沿縱向撕裂。外觀呈均勻腐蝕，無明顯氧化皮；內(nèi)表面未見結(jié)焦結(jié)垢。爆口形狀呈喇叭口狀，最大長度為115mm，最大寬度為35mm。邊緣呈刀刃狀，尖銳鋒利，管徑漲粗可見明顯塑性變形，爆口附近未發(fā)現(xiàn)有明顯縱向裂紋屬于韌性斷裂，符合短時過熱爆管特征。短時過熱爆管是指鍋爐受熱面管子在運行中由于工作條件惡化，部分管壁溫度短期內(nèi)快速上升，溫度可以達到鋼的下臨界點Ac1，甚至上臨界點Ac3以上。管子的向火側(cè)產(chǎn)生塑性變形、管徑漲粗，管壁減薄，強度明顯下降，最終無法承受內(nèi)壓而爆管。[1]在試樣上取三個分析部位：1#為向火側(cè)爆口附近；2#為遠離爆口約400mm處；3#為爆口背火側(cè)。

1.2 管徑、壁厚測量

對試樣打磨，用游標卡尺測量爆口中心最大開口處、兩側(cè)尖端上部、下部等部位管徑。結(jié)果：最大開口處66.7mm，上下尖端分別為60.5mm、60.4mm。。壁厚測量：爆口邊緣處厚度最薄減至2.3mm，遠離爆口處壁厚測量4.4mm。可見爆口處脹粗、邊緣明顯減薄。

1.3 化學(xué)成分分析

該水冷壁管所用材質(zhì)為20G。20G是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，廣泛應(yīng)用于壁溫≤480℃的受熱面管子，對應(yīng)技術(shù)參數(shù)可見選材正確。對試樣1#、3#部位進行定量直讀式光譜分析，分析結(jié)果見表1。對比可見，試樣化學(xué)成分符合GB5310-2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》[2]要求。

表1 化學(xué)成分（Wt%）

1.4 硬度測量

按GB/T231.1-2009《金屬材料布氏硬度實驗》要求[3]對1#、2#、3#分析部位進行硬度測量,1#硬度91HB；2#硬度113HB；3#硬度129.6HB。可見1#、2#硬度偏低，3#硬度正常。表明向火側(cè)材質(zhì)發(fā)生了微觀損傷。

1.5 金相檢驗

對1#、2#部位取樣，用4%硝酸酒精浸蝕后，在顯微鏡下觀察金相組織，結(jié)果如下：1#部位金相組織為：鐵素體和珠光體，珠光體區(qū)域中碳化物已分散，逐漸向晶界擴散，分布不均勻，呈明顯帶狀沿水冷壁管軸向分布。依據(jù)DL/T 674-1999《火電廠用20號鋼珠光體球化評級標準》[4]，珠光體球化級別為4.5級嚴重球化。2#部位金相組織為：鐵素體和珠光體，珠光體區(qū)域中碳化物已分散，并逐漸向晶界擴散，形態(tài)尚明顯。珠光體球化級別為3級輕度球化。

珠光體在高溫作用下,形狀和尺寸會發(fā)生變化，片層狀滲碳體組織逐漸變?yōu)榍驙睢囟仍礁撸蚧M行的越快。

2 綜合分析與結(jié)論

根據(jù)爆口宏觀形貌、壁厚、硬度測量和金相分析顯示該試樣具有短時過熱特征。利用內(nèi)窺鏡對該水冷壁管及下聯(lián)箱檢查，發(fā)現(xiàn)下聯(lián)箱接管處淤積了一些切割熔渣和金屬塊狀物。從而確定爆管原因是水冷壁管長期在高溫下服役，金相組織出現(xiàn)老化，材料性能下降。由于接管處淤積異物使管內(nèi)循環(huán)水流動過緩，冷卻不佳造成短時急劇過熱，管壁向火側(cè)脹粗、管壁減薄，在管內(nèi)介質(zhì)壓力作用下發(fā)生爆裂。

[1]周昕.火力發(fā)電廠鍋爐受熱面失效分析與防護[M].北京：中國電力出版社，2004:47-48.

[2]GB 5310-2008高壓鍋爐用無縫鋼管[S].

[3]GB/T231.1-2009《金屬材料布氏硬度實驗》[S].

[4]DL/T 674-1999火電廠用20號鋼珠光體球化評級標準[S].

高愛令(1974-)，女，工程師，中國石化齊魯分公司特種設(shè)備檢測中心，從事承壓類特種設(shè)備檢驗工作。