鍋爐受熱面失效簡易快速分析

閆登強

（湖南省特種設備檢驗檢測研究院懷化分院，湖南 懷化 418000）

鍋爐是將燃料的化學能轉化為熱能的一種設備，作為一種對外輸出熱能設備，現廣泛應用在工業生產及生活中。但其工作環境復雜，因此損傷模式產生的原因也特別多。鍋爐中的主要受壓元件受熱面其損壞原因也非常復雜，總的來說分為外部原因和內部原因造成的損失。具體失效原因有：過熱（過熱分為長期過熱、短期過熱）、疲勞損傷、腐蝕（腐蝕又有堿腐蝕、應力腐蝕、氧腐蝕、高溫腐蝕等）、材質裂化（材質裂化有珠光體球化、石墨化等）、機械磨損等。主要針對受熱面幾種常見失效模式發生后，對其失效進行微觀及其宏觀特性做出簡易分析，從而對產生的失效原因作出快速的判斷。

1 過熱

1.1 長期過熱

鍋爐受熱面長期過熱指的是鍋爐的受熱面管子長期（通常長達數月或者數年）在超過其許用溫度下而產生的一種失效模式。長期工作在超溫下受熱面的材質會發生變化，從而導致受熱面管失效，主要表現模式有高溫蠕變損壞和高溫爆管。產生這樣的失效原因主要有兩個方面：一是水側，如受熱面管結垢等；二是火側，如積灰、結焦、受熱面受熱不均等原因。

長期過熱爆管的快速判斷方法。爆口處材料的微觀形態：通過金相分析，在圖上可以看到明顯的晶間裂紋，晶界上有嚴重的珠光體球化及氧化層，晶粒粗大。

爆口處的宏觀特性：（1）爆口一般不是很大；（2）邊緣沒有明顯的減薄現象；（3）爆口邊緣粗糙、不平、沒有鋒利的邊口；（4）爆口處上下左右各部分管子有輕微的脹粗現象，四周能看到較厚而且比較脆的氧化皮。

1.2 短期過熱

鍋爐受熱面管短期過熱通常是管壁壁溫突然急劇上升，在短時間內可能超過材料AC3溫度以上，從而導致受熱面管爆管的過程。造成短期過熱爆管的主要原因是水側原因，如堵塞，水循環遭到破壞在高熱負荷區發生。

短期過熱爆管的快速判斷方法。爆口處的微觀形態：通過顯微組織觀察，爆口附近材料組織發生變化，通常可以看到馬氏體、貝氏體等組織，附近硬度大幅度升高，在爆口遠的地方材質基本沒有變化。爆口斷面微觀上有韌窩狀，斷口由許多凹坑組成。

爆口處的宏觀形態：（1）爆口處開裂非常大，呈喇叭口形狀；（2）爆口邊緣像刀口一樣非常鋒利；（3）管子周圍減薄非常明顯，整個爆口處管子脹粗非常大；（4）破口處由于瞬時爆管，內部汽水急劇沖出，所以內壁非常光滑；（5）管子屬于瞬時過熱，因此破口處外壁管子發藍；（6）破口附近有許多平行于破口軸向的裂紋。

2 腐蝕

鍋爐中的腐蝕類型非常多，如堿腐蝕、酸腐蝕、氧腐蝕、高溫腐蝕等。現在，主要對我們在檢驗過程中的常見的堿腐蝕與氧腐蝕進行分析說明。

2.1 垢下腐蝕

2.1.1 堿腐蝕

堿腐蝕也是垢下腐蝕的一種，主要原因：鍋爐水中含有游離的堿，在垢下屬于密閉空間在汽水蒸發過程中，造成密閉空間內堿逐漸濃縮，造成該處OH-濃度極高從而造成堿腐蝕。該種腐蝕主要發生在脹接、鉚接有間隙的地方、鍋爐結垢后向火側的內部。

堿腐蝕爆管后的快速判斷方法。

宏觀形態：（1）管內壁在向火側處有皿狀向下凹的腐蝕坑；（2）腐蝕的一面呈蜂窩狀，腐蝕坑里面有黑色的腐蝕產物，用磁鐵可以發現帶磁性；（3）爆口呈脆性斷裂，金屬無變形。

微觀形態：（1）金相組織沒有明顯變化；（2）無脫碳的現象，這一點是與鍋爐的氫脆爆管的區別；（3）在初期內部裂紋發生在晶粒邊緣，隨著裂紋的不斷擴展呈穿晶裂紋。

2.1.2 酸腐蝕

鍋爐的酸腐蝕主要與水質、化學清洗或者清洗后鈍化不滿足要求有關系。在垢下局部濃縮，造成PH很低從而發生酸腐蝕，酸腐蝕常與氫脆一起發生。表現形式主要有：（1）腐蝕產物與金屬表面結合在一起，很難分離；（2）表面有腐蝕坑；（3）微觀組織與氫脆損傷相同。

2.2 氧腐蝕

氧腐蝕通常認為是一種電化學腐蝕，氧腐蝕在鍋爐中比較常見，如鍋爐停爐后，電站鍋爐補給水中除氧不徹底水中混入CO2后都容易發生氧腐蝕。

氧腐蝕爆管后的快速分析。宏觀形態：（1）腐蝕表面有很多小型鼓包，敲掉鼓包后，腐蝕坑呈潰瘍狀；（2）敲掉腐蝕點的鼓包后，外面一層為棕褐色的腐蝕產物，沒有磁性，里面一層為黑色的腐蝕產物，具有磁性；（3）爆口呈韌性斷裂形態，由于腐蝕口材料厚度不能滿足強度引起。微觀組織沒有變化。

3 疲勞

3.1 腐蝕疲勞

受熱面管的腐蝕疲勞可能發生在水側也可以發生在煙氣側。水側主要是由于水氣分層、間歇式啟停等原因造成，煙氣側主要是由于熱疲勞應力、吹灰等外界交變力引起的。

水側引起的疲勞損傷，從內表面逐漸擴展到外表面，在過熱器的管子彎頭內壁等地方產生點狀或者坑狀腐蝕，從而引起疲勞損傷。水側引起的疲勞爆口主要有如下特性：（1）在過熱器內壁產生點狀或者坑狀的腐蝕坑，這種坑形狀像貝殼狀；（2）如果是在運行過程中產生的疲勞腐蝕，腐蝕主要產物為黑色狀，帶磁性；（3）如果是在停爐過程中產生的疲勞腐蝕損傷，腐蝕主要產物為磚紅色的、不帶磁性的腐蝕產物；（4）在這些腐蝕區域材料的金相組織不發生任何變化；（5）產生的裂紋主要是橫斷面的，裂紋比較窄，端面口鈍而粗糙，在裂紋出有氧化皮；（6）如果應力比較小裂紋的端部比較圓滑，應力如果非常大，裂紋的端部就比較尖；（7）爆口處的斷裂表現為脆性斷裂。

煙氣側的腐蝕疲勞損傷主要表現形式為從外表延伸到內表面，裂紋形式也是橫向裂紋為主，發生損傷后可以看到管壁的外表面像大象的皮膚一樣，密密麻麻的橫向裂紋，這種損傷模式一般把其拉入熱疲勞破壞。

3.2 熱疲勞

產生熱疲勞的原因是鍋爐長期存在交變的熱應力如頻繁的啟停、鍋爐運行中的熱負荷不穩定等引起的。這類損傷模式在鍋爐的主蒸汽管、再熱管、給水管中表現得更為明顯。在一些保溫層破損的地方、減溫器等地方也比較常見，主要為熱沖擊引起的。

熱疲勞的損失的主要表現如下形態：（1）斷裂的地方表現為脆性斷裂；（2）斷裂多為橫向，在這些斷裂的地方有很多平行于斷口的裂紋；（3）裂紋主要是沿晶裂紋，裂紋向垂直于管軸的方向擴展；（4）管壁的外表面密布像大象皮一樣的橫向裂紋；（5）異種鋼焊接的地方主要在焊接熔合線附近，管子為橫向斷裂。

4 磨損

鍋爐的磨損主要有飛灰磨損、機械磨損、吹灰磨損、煤粒磨損幾種方式。飛灰磨損主要是煤燃燒后，煙氣中含有灰分，沖擊到受熱面管上引起磨損。磨損的形態按灰粒沖擊到受熱面管的角度不一樣分為變形磨損和切削磨損兩種形式。當灰粒以90°沖擊到受熱面管上，周而復始，引起受熱面管逐漸一層層脫落的磨損叫變形磨損。反之如果以很小的角度沖擊到受熱面管上的磨損稱為切削磨損。引起這種損傷模式主要與煤的性質、配風等有關系。

受熱面管磨損后的損傷形態主要有如下幾種：（1）爆口處材料的金相組織無明顯變化；（2）爆口表現形式為韌性斷裂；（3）爆口的邊緣比較薄；（4）爆口邊緣通過測厚可以看到明顯的減薄。

5 結語

鍋爐的損傷模式遠遠不止以上幾種，主要針對鍋爐常見的幾種損傷模式進行分析，通過簡易的分析來快速判斷鍋爐大致是那種損傷模式引起的。在實際檢驗過程中，要具體分析是那種損傷模式引起的，還需要借助其他的檢驗手段及檢測方法做出準確的分析。