1、鍋爐過熱器管爆裂原因分析    關鍵詞：鍋爐事故；過熱器管爆裂；原因分析0、引言 熱電廠4號鍋爐高溫過熱器高溫段甲31排10#(2009年3月8日)和甲52排6#(2009年3月21日)后側迎火彎管發(fā)生兩次爆裂事故。該過熱器管材質為12CrlMoV無縫鋼管；管子規(guī)格為q)42×5mm。管內的介質為過熱蒸汽，溫度540，壓力9.8MPa：鍋爐內熱煙氣的溫度大約為90。鍋爐內的該處過熱器管從投入使用到最近發(fā)生爆口，運行了16年左右的時間。 1、過熱器管爆裂原因分析 1.1宏觀和低倍分析。2009年3月21日過熱器高溫段甲52排6#后側迎火彎管的爆口

2、的形貌，爆裂處最大長度為115mm，最大寬度為10mm；甲31排10#后側迎火彎管的爆口形貌也與此相同。2009年3月21日過熱器高溫段甲52排6#后側迎火彎管的緊鄰的51排5#后側迎火彎管，因52排后側迎火彎管的爆裂而使管內高溫高壓過熱氣體逸出而沖刷其管外壁而形成的管壁減薄形貌。 在檢測的過熱器管上，彎管的橫截面進行觀察，爆口都在彎管的外徑處(即管壁最薄處)，該處管壁的厚度是4.70mm(甲52排6#管爆口處)：彎管的內徑處最厚處都是6.00m；而直管部分壁厚是5.00mm。過熱器管在轉彎處內外管壁厚度的不同，緣于彎管時的加工；直管部分的管壁厚度仍保持均勻。甲51排5#管管壁的減薄，是甲52

3、排蒯管爆裂時管內逸出的高溫高壓氣體沖刷所致。從是過熱器管爆口處內外表面和爆口表面的形貌可見，在管的外、內表面有裂紋沿縱向存在：爆口表面具有蠕變斷裂的特征，并有二次裂紋存在。 1.2化學成分分析。從過熱器管上，取塊狀樣品，對其材質進行化學成分分析，結果如表1所示：表2是12CrlMoV鋼管1541的標準化學成分要求。比較兩表的數值，過熱器管的化學成分符合12CrlMoV的標準化學成分要求。 1.3金相分析。從甲52排6#管爆口處的金相組織來看，在爆口處由管外壁向內依次排列，可見在爆口處的管壁上有大量的蠕變裂紋存在，氧化層不僅在管外內壁都有，而且也生長在爆口表面和蠕變裂紋中。 另外，在爆口邊緣的金

4、相組織為鐵索體和分布于晶界和晶內的碳化物顆粒。珠光體完全球化。晶界存在蠕變裂紋；在爆口附近和爆口對過即彎管內徑處的金相組織也為鐵素體和分布于晶界和晶內的碳化物顆粒。珠光體也完全球化。只是晶界沒有蠕變裂紋存在。該處珠光體球化為5級。與爆口處附近和爆口對過即彎管內徑處的金相組織也基本相同。該處珠光體球化為5級。 從甲51排10#管沖刷減薄處的金相組織來看，沖刷減薄處是沖刷減薄處的對過。比較可見，兩者沒有明顯地差異：而且，與甲52排鐘管爆口邊緣以外地方的金相組織也基本相同。該處珠光體球化為5級。 1.4掃描電鏡分析。從甲52排6#過熱管的爆口處取樣品，利用掃面電鏡對其爆口表面進行微觀形貌觀察和分析，

5、在管子的內、外表面有0.3-0.5mm厚的氧化皮；在爆口斷面上可見到空洞、裂紋。 1.5力學性能分析。在甲52排6#管的直管段上取管剖縱向拉伸試樣，編號分別為1、2、3進行室溫拉伸試驗，按管壁厚5m計算時的拉伸試驗結果表明，該管的抗拉強度明顯降低，其強度極限1.6討論。12CrlMoV鋼是制造鍋爐高溫過熱器管最常用的低合金耐熱鋼。鋼中加入鉻，主要作用在于提高其耐熱強度和抗蝕性。在低合金鋼中，溶入Fe3C中的鉻使碳化物具有很大的熱穩(wěn)定性，阻止了碳化物的分解并減弱了碳在固溶體中的擴散作用，降低了碳化物相聚集及石墨化傾向。鉬是鋼中主要強化固溶體的元素，提高鋼的熱強性，又能降低熱脆敏感性。釩能強烈形成

6、碳化釩，呈彌散分布，使鉬充分進入固溶體，從而提高鋼的高溫強度。 12CrlMoV鋼在長期高溫高壓條件下運行，原來在室溫下穩(wěn)定的組織，也會產生很大的變化。其原始組織中層片狀的珠光體組織自發(fā)形成球狀并聚集，以減少表面能。同時，在鐵素體基體上將有碳化物的析出和聚集長大，而使固溶體中合金元素貧化。在珠光體不斷球化的過程中，合金元素逐漸向品界轉移，碳化物首先在晶界上析出、聚集和長大，形成顆粒狀的碳化物，裂紋容易在這些碳化物界面上形成。而合金元素從基體中析出，使基體弱化，特別是起強化作用的鉬元素析出，對耐熱管材的熱強性能降低影響最大。同時，由于金屬蠕變的作用，鋼的微觀結構將會產生大量的晶體缺陷和位錯，在基

7、體弱化情況下容易產生大量的微孔洞。隨著運行時間的推移，位錯與蠕變變形同時進行，位錯運動受阻于碳化物前，在小的碳化物周圍留下位錯圈，大的碳化物則產生較大的局部應力：當應力超過蠕變極限時，形成空洞鏈和微裂紋。在過熱器管的彎頭外圓弧處存在較高的拉應力，應力的加大使蠕變速度加快，微裂紋在過熱器管內蒸汽的高壓作用下，各自沿管壁壁厚方向和管壁軸向擴展，當裂紋擴展到一定尺寸時，剩余感到管壁厚度不足，以承受管內高壓作用時，即發(fā)生過熱器管的爆裂。        2、結語 1)鍋爐過熱器管發(fā)生爆裂的原因是其長期過熱的結果。該過熱器管在高溫高壓環(huán)境下長期運行中，其組織發(fā)生了明顯地變化，珠光體已經完全球化，形成碳化物，并聚集在鐵素體的晶界和晶內。爆口附近出現蠕變空洞，局部區(qū)域蠕變空洞連成微裂紋是管子爆裂的主要原因。 2)發(fā)生爆口部位的過熱器管已無法滿足正常工況條件下鍋爐的安全使用，必須進行更換。對于鍋爐內其他部位的過熱器管，應進行相應的理化檢驗，根據檢驗結果，及時進行更換。 3)嚴格控制鍋爐運行溫度和壓力以及加強對關鍵部位(如彎頭)的檢驗監(jiān)督，及時發(fā)現隱患，以防止過熱器管爆裂事故的再次發(fā)生。