锅炉水冷壁爆管原因分析

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1、锅炉水冷壁爆管原因分析1概述克石化厂热电厂1号锅炉DG130/3.82-4SL是以燃煤为主，兼烧天然气的两用型中压自然循环锅炉，n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复杂，在整

2、个管段有-•处57X34mm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，从穿透型破口屮喷出的压力为3.82MPa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2O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3o由上表看出，各管段材质符合20号钢的标准。3破口特征

3、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，较脆，局部有脱落现象。综合分析上述特征，破口具有蠕

4、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，外表面在压丿J为3..82MPa左右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，同吋又受管内汽水混合物压力及炉腫热应力作用，经过一定时间后被刺穿泄漏。4爆破管的管径变化悄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。由于水冷壁管冇向火面与背火面Z分，向火面管壁温度高，因而蠕变速度较大，该处金加强度也由于温度过高而降低；背火面管壁温度较低，

5、因而嬌变速度也较小，而该处的金属强度也山于温度低而较高。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。随着悸径胀粗及管壁减薄的程度不同，应力分布也同时发牛了变化，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，裂纹型破口札I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下。5.1爆破口处的组织爆破口边缘沿壁厚方向的金和组织为铁素体珠光体碳化

6、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Acl（约735°C）但接近Acl点，因此在爆破时未形成奥氏体组织，而铁素体产生变形。当管了爆破后，水冷壁管内温度约300C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來成孤立小岛。板条铁素体非常细小，难以辨认，只见到组合成的块状铁索休，从而得到粒

7、状贝氏休。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而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。与爆破口向火面纽织相比较，纽织屮没有粒状贝氏体，这一区别比较明显，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

8、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，英组织均为铁索体晶界碳化物，钢屮渗碳体已分布在铁素体的品界上，珠光体全部球化，组织发生畸变。砌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W156HB。结合形貌分析，该管段属于长期过热爆管。5.5裂纹型爆破口（2）的组织裂纹型破口（2）的组织为铁索体晶界碳化物，珠光体全部球