由原材料缺陷引起的鍋爐受熱面管泄漏事故分析

王宇真 煙臺現代冰輪重工有限公司

但是，近年來，隨著發電廠建設的迅速推進，設備和原材料的短缺部分導致一些不符合標準的原材料通過各種渠道進入電力建設項目，導致趨勢增加，部分原因是原材料的生產。受熱面管故障引起的泄漏及爆炸。

一、由鋼管原材料缺陷引起的幾起鍋爐泄漏事故案例分析

1.內表面凹陷導致低溫散熱器管泄漏。如300mw燃燒裝置的低溫換熱器管為115CrMoG熱軋鋼管，規格為Ф51×6.5mm。在鍋爐安裝后的綜合水壓試驗中，在水平直線段上檢測到泄漏10處。從外觀可以看出，裂縫基本上平行于管道中心線，靠近裂縫處的管道壁是光滑的，沒有腐蝕、薄化、機械損壞和變形。沿有嚴重泄漏的其中一個管道的中心線進行機械切割后，在管道內壁發現了深度約為3-4mm的溝渠。平行于管道中心線的部分長度為18mm，末端被另一金屬部分覆蓋，形成y形十字，見圖1裂紋內壁缺陷的宏觀形態。

磁粉探傷對管道外壁檢測后，發現25mm裂紋長度，分叉在裂紋端部，分岔部位約2mm，對應于內壁y處的覆蓋金屬部位。對裂紋管樣品的整個部分進行了化學成分分析和力學性能試驗。管材的零部件內容和機械特性指示器符合GB5310。從宏觀形貌和試驗結果來看，滲漏是由于鉆削和軋制過程中出現的宏觀軋制缺陷造成的。這一缺陷一方面減小了鋼管的有效力截面，提高了局部應力水平；另一方面，缺陷的尖銳底部會引起應力集中，形成裂縫，并在內部壓力作用下延伸，最后穿過管壁造成泄漏。根據工廠提供的產品質量證明，鋼管批次在出廠前經過化學成分分析、機械性能、金相組織、100%UT和ET測試。試驗結果合格。100%渦流檢測出的鋼管可根據標準GB5310，因此制造商未對這些鋼管進行水壓試驗。根據有關質量標準，泄漏管路樣品的缺陷嚴重超標，應在生產廠對鋼管進行全面檢查時發現。缺陷和泄漏的原因與質量管理水平、生產過程控制、檢查能力和檢查人員的責任有關。鍋爐提供的產品質量證明表明鋼管批次符合質量證明和工廠檢查結果，且設計壓力為1.5倍（27.72MPa）水壓試驗，壓實時間：每排管道裝配后5分鐘，進行設計壓力（23.1MPa）1.25倍的水壓試驗，保壓后無泄漏：鍋爐整體水壓試驗，壓力上升至12MPa時，管道泄漏。這就使人們對工廠和鍋爐的檢查和試驗設施的效率和可靠性產生懷疑。

2.熱管軋制引起的爆炸事故。某火電廠#1鍋爐高溫整流爆管為12Cr1MoV鋼，直徑φ63.5×4mm。爆口位于高過熱器出口附近彎管的右下方段。縱向爆口沿彎頭方向測量大約550mm長，最大爆口測量大約50mm長。一層灰色黑色鐵氧體附著在外墻附近垂直爆炸段的表面，邊緣逐漸轉變為鋼管的外表面，具有原熱加工表面的特征。管道內壁附近有一個2mm深的橫截面，其表面粗糙，是最終破裂區域。在管開口的兩端，管原點區域中會顯示一個狹縫，并延伸至管兩端的取樣位置，測量的總長度約為1400mm。結果表明，斷口爆炸管樣品表面粗糙，沿管徑向方向呈裂紋狀組織。斷口金屬光澤很好，沒有明顯的氧化，這意味著斷口的開裂時間相對較短。斷裂管道內外表面氧化皮相對較薄，這意味著管道長時間不過熱。斷口附近內壁氧化皮部分脫落，表明斷口附近的金屬發生了一定的塑性變形。對橫截面的觀察表明，在軋制過程中產生了一個縱向折縫，深度約為5mm，管道相應部分的內壁呈凸狀，高度約為4mm。宏觀分析表明，高溫爆裂的主要原因是該管內存有缺陷。較深的折縫會大大減少管線的承載截面。折縫非常窄，相當于管道上類似的縱向裂縫。在支承環方向約束作用下，裂紋末端存在明顯的應力集中，導致裂紋末端裂紋擴展迅速，導致高溫再熱器管短時間內裂紋。縱向破裂后，由于大量蒸汽從開口流出，造成巨大的彎曲和剪切壓力，管子沿圓周斷裂。

3.加熱爐爐管缺乏雜質引起的預熱爆管事故。發電廠#1鍋爐高溫換熱器管投產30000小時后，高溫換熱器管規范為φ51×8mm，材料為12Cr2MoWVTiB。爆管位于過熱器第二圈73排出口的彎頭部分。從爆炸管的宏觀形態來看，內壁和外壁氧化皮比較薄，破裂孔表面粗糙，與最大主應力方向成45度角，壁厚減小區集中在爆炸孔兩側的一個小區域內，并且總之，高溫換熱器管殼破裂的原因是管壁厚度不均勻，沿管長分布存在夾雜缺陷的致密區域，從而減小了管局部支承截面，增大了應力幅值，導致材料塑性變形。

二、問題的思考與討論

1.鋼管生產企業應提高制造技術水平，采用先進的設備和生產工藝，改進檢查檢測能力和質量控制體系，提高檢查員的責任，確保各種缺陷的快速檢測，避免出現缺陷管道出廠；

2.鍋爐制造企業應按照有關標準嚴格控制材料的入廠檢驗和水壓試驗，以暴露和消除制造過程中原材料質量缺陷，防止在制造過程中使用有質量問題的鋼管；

3.技術監督部門和特種裝備檢查機構應履行監督職能，有效監督生產、制造和安裝過程中的一些重要節點，如水壓試驗，及時發現和糾正設備質量缺陷；

4.設備安裝使用加強設備的驗收質量。積極探索新的檢測方法，擴大設備試驗范圍，確保及時有效地檢測和處理設備制造缺陷，盡量減少設備制造缺陷造成的生產事故和經濟損失。

本文結合電廠鍋爐運行特點和鍋爐結構特點，對原料缺陷引起的熱面管泄漏原因進行了分析。從實際運行來看效果良好，保證鍋爐安全穩定運行。