某鋼鐵公司燃氣鍋爐省煤器管泄露分析

張庭鈺

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司， 河北 唐山 063200）

某鋼鐵公司130 t/h 中溫中壓燃氣鍋爐高溫省煤器受熱面管管接頭發生泄漏，泄露點位于爐膛外高溫省煤器出口聯箱東數第11 根管管座角焊縫下方5 mm 處，其他位置未發生泄漏。受熱面管材質為20 G，規格為Φ32 mm×3 mm。查閱鍋爐相關運行記錄，高溫省煤器自投運以來首次發生泄露事故，高溫省煤器泄露前鍋爐運行正常。本次因高溫省煤器泄露導致鍋爐停爐。為查找泄露原因，筆者對泄露的高溫省煤器管進行了檢驗和分析，以期杜絕此類事故的再次發生。

1 宏觀形貌分析

對爆裂失效的管道進行宏觀觀察，在管子內壁一側存在大量點狀腐蝕坑，圖1 為泄漏管內壁照片，另一側較光滑，未見腐蝕坑。圖2 為泄漏管的外壁照片，外壁無腐蝕現象，覆蓋有氧化皮。泄漏管裂紋形變最大的位置（見圖2 方框所示）應是萌生位置。圖3 是泄漏管裂紋的內壁照片，發生泄漏一側的管子內壁存在較多的點狀腐蝕坑，裂紋在內壁上擴展的長度大于在外壁上擴展的長度，測量腐蝕較嚴重的位置深度約為0.25 mm。

圖1 內壁照片

打開泄漏位置后可見斷口上有多處撕裂棱，見圖4，外壁部分位置存在剪切唇。根據內外壁裂紋擴展的長度和剪切唇的位置判斷本次泄漏裂紋萌生于內壁蝕坑底部，并在應力作用下，向外壁和兩側擴展。

圖2 外壁照片

圖3 內壁腐蝕坑

圖4 斷口照片

2 金相檢驗

在高溫省煤器泄露位置附近沿軸向切取金相試樣進行觀察，下頁圖5、6 和7 分別是發生泄漏管子角焊縫、熱影響區和母材的金相組織，角焊縫存在魏氏組織，熱影響區和母材金相組織為鐵素體加珠光體，無老化現象。下頁圖8 是管子腐蝕坑位置的金相組織，為鐵素體加珠光體，無老化現象。下頁圖9 為裂紋起裂處金相組織，裂紋起始于腐蝕坑底部，穿晶擴展。

3 綜合分析

高溫省煤器泄漏管子的母材金相組織為鐵素體加珠光體，未發生老化，金相組織正常。泄漏點位于集箱與省煤器管焊接的管座角焊縫附近，此處結構復雜，易產生應力集中。宏觀形貌分析可知，裂紋萌生于泄漏管腐蝕坑一側，裂紋在內壁上的擴展長度大于再外壁上的擴展長度，且外壁存在剪切唇，判斷裂紋是從內壁腐蝕坑底部萌生，并向兩側及外壁擴展。

圖5 角焊縫金相組織

圖6 角焊縫熱影響區金相組織

圖7 母材金相組織

圖8 腐蝕坑金相組織

圖9 裂紋起始處金相組織

管座角焊縫附近的管子內壁處存在集中分布的腐蝕坑，破壞了母材的連續性，造成腐蝕坑部位的應力集中。而管座角焊縫本身就是結構應力復雜，殘余應力高的部位。當應力集中超過局部位置的屈服極限后，就會產生裂紋萌生，并進一步形成裂紋擴展，減少管子的有效承載面積。當管子的有效承載面積不能承受內壓、自重等作用力時，就在橫截面上發生失穩擴展，形成剪切斷裂，造成泄漏。

查詢前期鍋爐運行記錄及現場實地勘察，發現前期高溫省煤器泄漏處理的4 根管道在爐膛內已燒損、脫落，留下的空位形成“煙氣走廊”，造成煙道內氣流分布不均，產生紊流。煙氣集中流入“煙氣走廊”內，對附近的管道表面腐蝕、沖刷嚴重；同時，“煙氣走廊”內流速快，傳熱量增大、管道內部沸騰度提高，導致臨近三根管道受熱不均。部分省煤器管夾與固定橫梁間開焊，造成管夾與省煤器管段共振磨損，壁厚減薄，承壓能力降低，高壓波動時瞬間崩裂。

所以燃氣鍋爐高溫省煤器管泄漏是由于高溫省煤器內管道受熱不均、振動較大，導致高溫省煤器管出現裂紋，裂紋在內壁腐蝕坑底部萌生并擴展，在復雜的應力作用下最終失穩斷裂造成的。

4 結論與防范措施

燃氣鍋爐高溫省煤器管泄漏主要是由于高溫省煤器內管道存在“煙氣走廊”導致管道受熱不均、振動較大，從而出現裂紋，裂紋在內壁腐蝕坑底部萌生并擴展，在復雜的應力作用下最終失穩斷裂造成的。

為及時發現鍋爐運行時可能出現的危險缺陷，并避免高溫省煤器泄露及類似事故再次發生，該公司根據實際情況采取以下防范措施：

1）利用停爐檢修的機會，對省煤器進行水壓試驗、著色試驗，全面排查隱患，避免再次泄漏。

2）針對設備存在的缺陷，舉一反三，擴大檢查范圍，對省煤器“煙氣走廊”附近隱患管道進行割管、封堵，避免泄漏重復發生。焊接松動管夾，強化管夾與省煤器管道固定連接，降低共振與磨損強度。

3）將狀態更好的另一臺燃氣鍋爐作為主煤氣調整用戶，減少事故鍋爐的負荷調整與燃料摻燒調整的次數。

4）結合鍋爐年修計劃，擇機對燃氣鍋爐高溫省煤器進行更換。

5）在能源平衡允許范圍內，保證燃氣鍋爐燃料穩定、均衡供應。