锅炉爆管的分析

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1、20G锅炉水冷壁爆管的分析时金玉、于浩（北京科技大学材料学院）摘要：本文针对芜湖新兴动力部锅炉水冷壁爆管情况，通过宏观和微观分析，结果表明在20G作为水冷壁管的使用过程中，由于长期的高温环境超过了材料的许用工作温度，导致材料的高温持久性能下降，从而使材质严重劣化，是造成本次爆管的主要原因。关键词：20G；锅炉；水冷壁；爆管；球化FAILUREANALYSISOFBOILERFURANCEWATER-WALLTUBEShiJin-yu,YuHaoAbstract:Themacroandmicroanalysiswereemployedtostudythe20Gboilerwat

2、er-walltubeexplosionusedinadomesticfactory.Theresultsshowedthatthemainreasonoftubeexplosionisduetothetubewaslong-termusedinhightemperatureenvironmentmorethantheallowableworkingtemperatureofthematerial,thehightemperaturestressrupturestrengthofthematerialdeclined.Keywords:boiler;Water-wallTub

3、e;Overheating引言锅炉水冷壁管的作用主要是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量，和外界进行能量交换的传到导介质，吸收炉内温度后在管内产生蒸汽，同时降低炉墙温度，保护炉墙。在大容量锅炉中，炉内火焰温度很高，热辐射的强度很大。锅炉中有40～50%甚至更多的热量由水冷壁所吸收。锅炉水冷壁管的工作条件比较恶劣，除了要承受高温高压作用外，还受到来自工质侧或烟气侧的腐蚀、磨损和疲劳损伤，因此在服役过程中会产生一系列的材料、组织与性能的变化，容易造成水冷壁管爆裂，产生泄漏。锅炉水管一旦泄漏将严重影响机组安全稳定运行，其产生原因复杂，涉及多门交叉学科，对其产生的原因往往难以做出正确

4、的判断。通常采用“快速”抢修方法，但不能根本解决事故，以致可能造成相同的原因的保管爆管再次发生，带来不必要的损失。我国火电机组由于炉管事故引起的非计划停运小时数占机组非计划停运总时长的37.8%，而美国仅为7%。1.概况本锅炉蒸汽蒸发量为130t，额定蒸汽压力为9.81MPa，额定蒸汽温度540°C，给水温度为215°C，水冷壁管在锅炉投产后2年左右的时间发生爆裂，该锅炉管材质为20G。该爆管严重影响企业生产并产生较大的安全影响，为了探究爆管原因，取爆管后的裂口样做分析并探究原因，以便指导生产。2.理化检验2.1化学成分分析从距爆口1米位置的完好部分对20G取样进行光谱分析，

5、结果其成分符合GB5130-1995《高压锅炉用无缝钢管》中对20G钢的技术要求（见表1），五害元素之和为0.022%，也低于行业内标准。表120G试样的化学成分（wt.%）CSiMnPSCuNiCrMo成分0.1810.260.480.0110.0020.10.0420.0590.008国标0.17-0.17-0.40-≦0.02≦0.015≦0.20≦0.25≦0.150.210.370.5002.2宏观形貌分析爆管宏观形貌见图1所示，通过观察，此爆管部位内壁无结垢现象，且内壁无腐蚀现象，爆管部位也无堵塞情况，可以排除因水质问题造成爆管的因素。此爆口中间较宽，两端变窄，为

6、从中间开始爆裂，然后向两侧扩展，断面粗糙，边缘钝，有塑性变形，管子有轻微胀粗，且壁厚减薄不多，有平行于爆口的裂纹，呈树皮状。图120G爆管处宏观形貌及取样部位标记2.3微观分析在图1所示位置取样后利用金相显微镜和扫描电镜分析微观形貌。爆口背火面组织如图2所示，组织分布为块状的铁素体加上珠光体组织，说明在爆裂的瞬间该处温度并没有达到Ac1-Ac3之间的相变区域，在爆裂瞬间水冷后没有出现贝氏体或马氏体等组织。（a）暴口背火面组织（100倍）（b）暴口背火面组织（500倍）图2暴口背火面组织爆管向火面组织见图3所示，组织晶粒度和背火面没有明显差异，但是珠光体球化严重，说明长期受到高

7、温作用，使碳化物发生球化，珠光体成团状。（a）暴口向火面组织（100倍）（b）暴口向火面组织（500倍）图3暴口向火面组织扫描电镜形貌如图4所示，对向火面和背火面的断口进行电镜分析发现两试样上均有细小裂纹，且对断口处的结晶物进行能谱分析其成分（见图4，图5），结果均为氧化物，主要为氧化铁。（a）暴口背火面断口（b）暴口向火面断口图4扫描电镜微观形貌图5能谱分析3分析与讨论为了探究爆管的真正原因，笔者在停炉检修时安排人员对其它冷却壁的厚度进行了检查，发现在烧嘴附近的侧冷却壁水管有少数管壁减薄的现象，并对减