省煤器管爆裂原因及應對策略

黎子鋒

（廣州恒運企業集團股份有限公司，廣東廣州 530730）

1 簡介

廣州恒運電廠現有2 臺東方鍋爐廠制造的超高壓、中間再熱、全懸吊、平衡通風、自然循環、固態排渣鍋爐。省煤器為尾部豎井雙側布置，其受熱面分別布置在（二級）低溫過熱器和低溫再熱器之后下部煙道內。省煤器管排采用順列，逆流布置，兩圈并繞，豎井煙道兩側裝有16 臺長伸縮式、4 臺長槍式蒸汽吹灰器，使鍋爐運行過程中保持受熱面清潔。鍋爐運行10 幾年來情況良好，但在2016年運行過程中省煤器管出現爆管現象，嚴重影響鍋爐正常運行，為了解省煤器管爆裂泄漏原因，對爆裂省煤器管進行分析，以進一步采取預防改進措施，避免同類事件發生，保障鍋爐安全運行。

2 鍋爐參數（表1）

表1 鍋爐參數

3 理化檢驗

3.1 宏觀觀察

省煤器管爆裂口的宏觀形貌如圖1，爆口緊鄰省煤器管鰭片角焊縫焊趾，爆口長約30 mm，最大開口約6 mm。沿最大爆口部位A-A 截面切割爆口部位，可見管內壁光滑，未見明顯腐蝕痕跡，母材側爆口減薄嚴重，剩余壁厚約0.8 mm，爆裂口前沿有45°剪切唇，呈撕裂狀，具有明顯塑性開裂特征，見圖1b。沿B-B 截面切割爆口裂紋尖端前沿，可見毗鄰爆口位置的管材外表面圓弧已被削至平面狀，壁厚減薄嚴重（剩余壁厚約1 mm），見圖1c。

3.2 化學成分分析

對爆裂省煤器管③位置取樣進行化學成分分析，結果表明省煤器管的化學成分符合20G 規定（表2）。

3.3 拉伸試驗

在省煤器管爆口兩側分別取樣進行室溫拉伸試驗，見圖2。結果表明省煤器管的抗拉強度、下屈服強度以及斷后伸長率等均符合20G 規定（表3）。

3.4 硬度測試

圖1 省煤器管爆口宏觀形貌

表2 省煤器管化學成分分析結果（質量分數%）

對省煤器管最大爆口部位A-A 橫截面進行硬度測試，測試位置見圖3，每個測點間隔＞1 mm，結果表明爆裂省煤器管硬度測試結果基本符合有關規定（毗鄰爆口前沿位置的硬度稍高，可認為是形變硬化造成的）（表3）。

3.5 金相檢驗

為了解省煤器爆口處顯微組織變化情況，對省煤器管最大爆口部位A-A 橫截面進行金相檢驗。結果顯示該橫截面的顯微組織均為鐵素體+珠光體，珠光體片層結構清晰可辨，爆口前沿可見纖維狀組織（圖4）。

3.6 掃描電鏡形貌分析

對裂口①、②位置進行形貌觀察，結果顯示爆口表面有明顯的沖刷痕跡，見圖5a，且沖刷方向收斂于鰭片上方，見圖5b。

4 剩余壁厚強度校核

按 照 GB/T 16507.4—2013《水 管鍋爐 第4 部分：受壓元件強度計算》對省煤器管沖刷減薄部位進行強度校核計算。相關參數：省煤器管外徑D0＝32 mm，校核部位減弱系數Φmin=1（直管），按省煤器計算壓力P=16.15 MPa、計算溫度tc＝296 ℃，許用應力［σ］=114 MPa。計算結果為

圖2 省煤器管力學性能試驗取樣

表3 省煤器管力學性能情況

省煤器管的剩余壁厚0.8 mm＜計算厚度（2.12 mm），不能滿足設計強度要求。

5 原因分析

（1）省煤器管的化學成分分析、拉伸試驗及硬度測試結果表明，材質合格。

（2）省煤器管爆口處金相檢驗表明，此區域的金相組織均為鐵素體+珠光體，珠光體片層狀結構清晰可辨，材質并未發生劣化。

圖3 硬度測試部位示意

表3 省煤器管A-A 橫截面的硬度測試結果

圖4 省煤器管爆口處顯微組織

圖5 省煤器管爆口掃描電鏡形貌

（3）爆口表面形貌觀察可知，省煤器管發生爆裂前，其表面曾受到某物質沖刷，且沖刷方向來自于鰭片上方。

（4）剩余壁厚強度校核可知，管壁的剩余壁厚（0.8 mm）小于省煤器計算厚度（2.12 mm），省煤器管在內部介質工作壓力作用下發生爆裂。

6 結論

省煤器管爆裂是由于管壁受到外物沖刷減薄，當剩余壁厚不能滿足設計強度要求時，在省煤器管內部介質工作壓力作用下發生爆裂泄漏。為避免此類失效事件再次發生，采取以下措施：

（1）綜合考慮吹灰效果和安全2 個因素，適當調小吹灰器角閥的噴汽角度，對于經常出現吹損減薄現象的區域安裝防磨護板。

（2）對省煤器管束與吹灰器間距小、容易沖刷管排的區域添加堵板，禁止吹灰。

（3）考慮設備運行狀態的不確定性，為避免設備運行故障、吹灰器卡澀時致使受熱面吹損的情況發生，根據自身運行管理特點，制定規范化、合理化的吹灰器運行規范。

（4）通過上述措施，省煤器運行2 年多來未發現有類次爆管現象。