低壓工業鍋爐過熱器爆管分析

李衛超，張坤，韓健雄

（廣西壯族自治區特種設備檢驗研究院，廣西 南寧 530000）

某糖廠鍋爐型號為SHS35(45)-2.5/400-GA，由廣西某鍋爐廠于2002年7月生產，2018年7月更換了全部過熱器管蛇形管，材質為20號鋼（GB3087）。該廠于2018年12月2日開始榨甘蔗制糖，2019年1月7日過熱器右起第28排管發生第一次爆管，爆口位于過熱器管后起第一排、距離彎頭約700mm處，2019年1月25日過熱器右起第16排后起第1根管再次發生爆管，爆口位于彎頭往上1000mm處，在以后生產過程中未發生爆管事故，使用單位將爆管送到我單位進行分析。

1 分析

1.1 宏觀形貌

宏觀形貌見圖1～6，圖1、2為管子原始形貌，管子迎風面外表面明顯結渣；圖3～6為管子打磨除渣后形貌，由此可見管子迎風面存在較厚的黑色氧化皮，管子爆口位于迎風面且無明顯脹粗和變形，爆口開口不大，爆口的斷裂面粗糙，不平整，破口邊緣呈鈍邊，并不鋒利，爆口無明顯變形減薄，爆口外表面有一層較厚的氧化層，這些氧化層較脆，部分已剝落。

圖1 管子迎風面局部原始形貌

圖2 管子迎風面爆口處原始形貌

圖3 迎風面除渣后局部形貌

1.2 化學成分分析

通過OBLF火花直讀光譜儀對爆管的管子進行化學成分分析，試驗結果詳見表1，查閱GB3087-2018《低中壓鍋爐用無縫鋼管》和GB/T 699-2015 《優質碳素結構鋼》，管材化學成分滿足國家標準要求。

圖4 迎風面除渣后爆口形貌

圖5 迎風面除渣后局部形貌

圖6 爆口放大圖

表1 管子化學成分

1.3 拉伸試驗分析

對爆口附近管子按照GB/T228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》取樣進行拉伸試驗，試驗結果如表2，結果低于標準要求。

表2 管子拉伸試驗

1.4 金相組織分析

在管子爆口附近取樣進行金相組織分析見圖7、圖8，按照DL/T 674-1999《火電廠用20號鋼珠光體球化評級標準》進行評級，迎風面爆口處金相組織球化5級，迎風面距離爆口600mm處金相組織球化4級。

管子母材材質為20鋼（按GB3087制造），原始金相組織為鐵素體和珠光體，圖7、8中管子的金相組織為鐵素體和碳化物，珠光體已分散消失，晶粒內部僅處在少量的碳化物，大部分碳化物分布在晶界上，并且已聚集呈球狀，金相組織具有明顯珠光體球化的形態，

圖7 迎風面爆口處金相組織 500倍

圖8 迎風面距爆口600mm處金相組織 500倍

1.5 管子內壁附著物分析

對管子內壁附著物進行能譜分析結果如表3，由各元素的比例可知附著物主要成份為鐵氧化物，Na、K元素的重量百分占比很小，說明取樣位置處鹽垢量比較少。

表3 附著物元素分析

2 試驗結果

通過對管子的化學成分分析表明過熱器管材質符合國家標準要求，爆口管子附近內壁附著物主要成份為鐵氧化物，表明管子不存在積鹽積垢現象。爆口的宏觀形貌具有長時過熱引起爆破的特征，金相組織分析結果為珠光體嚴重球化，導致材料性能下降，力學性能試驗顯示材料的強度低于標準要求。

3 結論

綜合以上情況分析，可以判定該臺鍋爐過熱器管子爆管是由于管內異物堵塞導致管內有效截面減少，蒸汽流動阻力增大，相應流速降低，不能有效的熱交換，導致管壁溫度長期超過允許運行溫度后，導致管子金相組織劣化，管子強度下降，最后發生爆管。

4 建議

過熱器管更換維修時施工單位應嚴格遵守GB 50273-2009《鍋爐安裝工程施工及驗收規范》的要求對管子進行通球試驗，保證管子內部不殘留異物，避免設備運行發生故障。