水冷壁爆管原因分析

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1、水冷壁爆管原因分析１　　概　　述　克石化厂热电厂１号锅炉ＤＧ１３０／３．８２－４型是以燃煤为主,兼烧天然气的两用型中压自然循环锅炉∏型布置,背靠背结构,煤粉悬浮燃烧,固态排渣,钢结构,室内布置,炉膛四角切向布置煤粉,天然气燃烧器,无水平烟道,炉膛和后竖井皆由膜式壁组成,并布置有蒸汽和吹灰器装置,采用轻型炉墙。自投产以后，不到一年的时间，水冷壁中同一根炉管的同一部位发生两起爆破事故。为此对水冷壁第二次爆管进行失效分析，以给解决爆管问题提供技术依据。２　　爆管部位的检验２．１　　水冷壁爆管情况　　第二次爆破的特征比较

2、复杂，在整个管段有一处５７×３４ｍｍ呈不规则矩形的严重爆破口，有两处类似裂纹的穿透型破口。见图１。另外，从穿透型破口中喷出的压力为３．８２　ＭＰａ的汽水混合物将附近一根水冷壁管刺穿，见图２。图中注出了金相取样点。２．２　　硬度测试　　爆管的硬度检测结果见表１，断面中部测点对应各金相取样点。由于爆管局部硬度偏低，用布氏（ＨＢ）无法测定时，改用里氏（ＨＬＤ）检测。２．３　　厚度测试　　爆管及泄漏管厚度测试见表２　　由上表看出各管段向火面厚度小于相应的背火面。２．４　　材质分析　　材质分析见表３　　　　由上表看出各管段

3、材质符合２０号钢的标准。３　　破口特征３．１　　爆破口的形貌　　爆破口张口不是很大，呈现不规则矩形，长边沿水冷壁管轴线方向破口边缘比较锐利，减薄较多，由厚度测试知道最薄处仅为０．１８ｍｍ左右。破口断裂面较为光滑，呈撕裂状，破口处表面附近有明显的脱层现象，仔细观察有平行于破口的轴向细微的金属纹路。从爆破口的形貌分析，该爆破口具有短期过热爆管的破口特征，但又夹杂了长期过热爆管的一些征状。因此仅凭形貌特征还不能断定爆管的类别。３．２　　裂纹型破口形貌　　破口并不太大，是沿水冷壁轴向的裂纹，破口表面有一层比较厚的氧化皮，

4、较脆，局部有脱落现象。综合分析上述特征，破口具有蠕变断裂的脆性断口的形貌特征，但需进一步分析验证。３．３　　冲刷泄漏管的形貌　　破口呈现凹型，外表面在压力为３．８２ＭＰａ左的高压汽水混合物的冲击下，呈现为光滑的曲面，由于冲击力的作用，在受力最集中的地方，磨损也最大，同时又受管内汽水混合物压力及炉膛热应力作用，经过一定时间后被剌穿泄漏。４　　爆破管的管径变化情况　　水冷壁管因过热爆破之前，管径总是胀粗的，水冷壁管的爆破正是管径胀粗超过了极限的结果。　　由于水冷壁管有向火面与背火面之分，向火面管壁温度高，因而蠕变速度

5、较大，该处金属强度也由于温度过高而降低，背火面管壁温度较低，因而，蠕变速度也较小，而该处的金属强度也由于温度低而较高。这一现象在水冷壁管因短期超温过热爆管和长期过热爆管均如此，在水冷壁管管径胀粗的同时管壁也逐步变薄。随着管径胀粗及管壁减薄的程度不同，应力分布也同时发生了变化，并最终常常在向火面处发生爆破。测量可知爆破管段的相对胀粗值在２０．８％左右，裂纹型破口相对胀粗值在８％—１８％，比较而言，爆破口管段胀粗比裂纹型破口管段严重。５　　破口的组织和性能变化分析　　用ＰＭＥ－３金相显微镜对各破口组织和性能变化分析如

6、下：５．１　　爆破口处的组织　　爆破口边缘沿壁厚方向的金相组织为铁素体＋珠光体＋碳化物颗粒＋粒状贝氏体，铁素体沿变形方向被拉长，碳化物明显增加，从破口组织看出，该管子爆破超温温度未超过２０号钢的Ａｃ１（约７３５）但接近Ａｃ１点，因此在爆破时未形成奥氏体组织，而铁素体产生变形，当管子爆破后，水冷壁管内温度约３００左右的汽水混合物从管内高速冲出，迅速冷却破口，使爆破边缘组织内部碳原子重新分布，在奥氏体贫碳区开始形成大体平行的铁素体板条，碳几乎都富集到奥氏体中，铁素体板条进一步长大，并侧向靠拢，最终将高碳奥氏体包围起来

7、成孤立小岛。板条铁素体非常细小，难以辨认，只见到组合成的块状铁素体，从而得到粒状贝氏体。综上所述，结合形貌特征，该处爆管应属于短期过热爆管。５．２　　爆破口下端向火面组织　　爆破口下端向火面的组织为铁素体＋珠光体＋碳化物颗粒＋粒状贝氏体，但铁素体晶粒未发生变形，碳化物不明显。从组织看，与爆破边缘相似，这是因为水冷壁管爆破后，破口附近与破口边缘有近似于热处理过程的缘故。５．３　　爆破口背火面组织　　爆破口处背火面的组织为铁素体＋珠光体＋碳化物颗粒，珠光体球化４级，与爆破口向火面组织相比较，组织中没有粒状贝氏体，这一

8、区别比较明显，主要因为背火面由于膜式壁的阻隔，由爆破口喷出的汽水混合物不能到达背火面的缘故。５．４　　裂纹型爆破口（１）的组织　　裂纹型破口（１）处的组织内部已发生严重的裂纹。其组织均为铁素体＋晶界碳化物钢中渗碳体，已分布在铁素体的晶界上，珠光体全部球化，组织发生畸变，硬度值由管外壁沿径向方向依次降低，迎火面２３５ＨＬＤ断面中部为１２４ＨＢ，而２０号钢的硬度为１５６ＨＢ。