高温段过热器爆管情况分析.pdf

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1、488化工机械2010年高温段过热器爆管情况分析高军‘(甘肃省锅炉压力容器检验研究中心)张昕王欣(甘肃电力科学研究院)摘要对某电厂高温过热器爆管试样进行金相检验分析，指出了爆管的原因为长期过热，并列举了可能造成过热器过热运行的因素，并提出了预防对策。关键词过热器爆管金相分析预防对策中图分类号TQ054文献标识码B文章编号0254-6094(2010)04-0488-03某电厂2’锅炉为HG一1025／18．2-YMII型亚临界一次中间再热自然循环汽包锅炉，高温段过热器材料为12Cr2MoWVTiB，规格为ck42mm×5mm。过热器出口压力为18．28MPa，出口温度为54

2、1℃。该锅炉于2005年6月发生过热器爆管事故，受该厂委托，笔者对爆管事故原因进行分析。1爆管现场情况勘察经过现场检查确定，发生爆管原始管段为高温段过热器后体外圈迎火面乙侧数第39根下弯管。由于发现爆管到停炉有一段时间，原始爆口喷出的高压、高速气流吹坏高温段过热器前体外圈背火面乙侧数第37—42排的外圈下弯管，导致这些管排弯管爆管。高温段过热器前体的这些爆管喷出的气流吹向后体，又造成高温段过热器后体外圈迎火面乙数第38、40排下弯管爆破。对高温过热器前、后体外圈进行了全面外观检查，发现在第43排下弯管存在表面裂纹。根据上述情况，笔者将高温过热器后体外圈迎火面乙侧数第39根下

3、弯原始爆管(1号管样)和第43根下弯管(2号管样，存在表面裂纹)作为重点分析目标。图1为爆管管排位置关系示意图。笔者决定对1、2号管样进行管样原始爆口宏观检查、裂纹缺陷边缘取样金相组织检验以及管样上部的过热器直管段向火侧取样进行机械性能试验。高过后体外圈乙侧数第39根图1爆管管排位置关系示意图2断口宏观分析高温过热器列管规格为弘2mm×5ram。对割取的管样进行初步外观检查发现，均存在多处大小不一的表面裂纹。1号管样爆口长度130mm，爆口最大开度lOmm；经测量爆口附近区域管径上下和左右分别为42．3mm和42．4ram，爆口处最大周长130．48mm，折算管径为41．5

4、5mm，无明显胀粗和变形。爆口处外壁氧化皮厚度为0．70ram，内壁氧化皮厚度0．56ram。2号管样氧化皮纵向开裂，外壁氧化皮厚度达到0．86ram，内壁氧化皮厚度达到0．50mm。这都说明高温过热器存在比较严重的过热氧化现象。1号管样爆口处的外弯厚度4．48mm，内弯厚度6．1mm，外弯减薄有两方面因素：一是制造弯管时外壁拉伸变形形成的减薄；二是运行时气流的冲刷。1号管样爆口(图2)具有以下特征：开口不·高军，男，1965年12月生，工程师。甘肃省兰州市，730050。第37卷第4期化工机械489图2弯头爆口处宏观照片大，断裂面粗糙不平整，破口边缘为钝边，无剪切唇，可见

5、金属晶粒，并有众多平行于破口的轴向裂纹。具有典型的长期过热爆管的宏观特征，属于结晶状脆性断口。3金相组织分析对1号管样向火侧裂纹尖端及背火侧进行金相组织分析(图3)。向火侧存在两条基本平行的较长裂纹，裂纹形态均为沿晶裂纹，裂纹内部存在氧化层，说明裂纹存在时间较长，属于明显的长期过热蠕变裂纹形态。背火侧组织形态基本完好。a．向火侧主裂纹尖端×100b．背火侧金相组织×250图31号管样金相组织照片对2号管样向火侧进行金相组织分析，发现多处平行的蠕变裂纹(图4a)，裂纹形态均为沿晶裂纹，在裂纹周围组织中存在大量蠕变孔洞及蠕变微裂纹(图4b)，珠光体严重球化达到5级，属于明显的长

6、期过热组织特征。a．向火侧裂纹×200b．向火侧组织及蠕变微裂纹×500图42号管样金相组织照片4材料成分和力学性能分析发生爆管事故的过热器钢管材料为12Cr2MoWVTiB，其化学成分及力学性能分别见表1、2。表1过热器管材化学成分490化工机械2010年表2过热器管材力学性能MPa分析以上数据可见抗拉强度矿。明显降低(标准值不低于470MPa)。5爆管原因分析根据笔者多年检验经验并结合金相、化学成分和力学性能分析结果可以断定，爆管原因为过热器列管长期局部超温致使管材材料劣化。在长期超温情况下，过热器管子母材中的碳化物及合金元素向晶界等高能量区域迁移，导致大量碳化物的析出

7、和长大聚集，并呈链状分布以及碳化物球化现象，这些合金元素的再分配过程，必然会降低母材高温持久强度和韧性。长期局部过热导致碳化物球化聚集形成蠕变裂纹与高温氧化共同作用，使钢管的高温强度和韧性迅速下降，导致钢管脆性爆管。开裂的过程为高温氧化裂纹和蠕变裂纹首先在管外壁形成裂纹源，并进一步扩展，当无法承受内部压力时最终产生脆性爆管。6防治过热器爆管的对策针对爆管原因，笔者建议采取以下措施减少过热器爆管事故：a．控制煤粉粒度，避免煤粉过粗时燃烧。因煤粉过粗时燃烬速度减慢，火焰中心上移导致炉膛出口烟温升高，而加剧水平烟道烟温偏