电厂锅炉水冷壁爆管原因分析

高爱令（中国石化齐鲁分公司特种设备检测中心，山东 淄博 255400）

电厂锅炉水冷壁爆管原因分析

高爱令（中国石化齐鲁分公司特种设备检测中心，山东 淄博 255400）

本文采用宏观检查、力学性能测试、金相检验等方法对锅炉水冷壁爆管的原因进行了综合分析。结果表明：爆管主要原因是水冷壁管短时严重过热。

锅炉;水冷壁;爆管;短时过热

某电厂3#炉是HG-410／100-11型自然循环液态排渣燃煤锅炉。2016年10月，3#炉给水压力突然降低，汽包水位下降，因泄露严重造成停机。经检查为水冷壁管爆裂，爆裂位置在锅炉后墙中间部位水冷壁垂直段向火侧，标高约17m处。该水冷壁规格为Φ60×5mm，材质为20G。管内介质温度约300-310℃，压力11-11.5MPa，向火侧靠近火焰中心部位温度达1156℃。

水冷壁是锅炉重要的蒸发受热面。布置在炉膛内壁四周或中间，吸收炉膛内高温火焰的辐射热，把水加热并逐渐转变成饱和蒸汽和水的汽水混合物。由于水冷壁的冷却，内壁温度大大降低，也防止结渣及熔渣对炉墙的腐蚀，减少炉墙的厚度和重量。[1]

为找出该水冷壁爆管原因，以爆口处为中心，截取上下各500mm，总计1000mm直管段为试样，采用宏观检查、化学成分分析、金相检验等方法对爆管原因进行分析。

1 技术检验分析

1.1 宏观形貌与特征

宏观检查发现试样爆口处位于向火侧，沿纵向撕裂。外观呈均匀腐蚀，无明显氧化皮；内表面未见结焦结垢。爆口形状呈喇叭口状，最大长度为115mm，最大宽度为35mm。边缘呈刀刃状，尖锐锋利，管径涨粗可见明显塑性变形，爆口附近未发现有明显纵向裂纹属于韧性断裂，符合短时过热爆管特征。短时过热爆管是指锅炉受热面管子在运行中由于工作条件恶化，部分管壁温度短期内快速上升，温度可以达到钢的下临界点Ac1，甚至上临界点Ac3以上。管子的向火侧产生塑性变形、管径涨粗，管壁减薄，强度明显下降，最终无法承受内压而爆管。[1]在试样上取三个分析部位：1#为向火侧爆口附近；2#为远离爆口约400mm处；3#为爆口背火侧。

1.2 管径、壁厚测量

对试样打磨，用游标卡尺测量爆口中心最大开口处、两侧尖端上部、下部等部位管径。结果：最大开口处66.7mm，上下尖端分别为60.5mm、60.4mm。。壁厚测量：爆口边缘处厚度最薄减至2.3mm，远离爆口处壁厚测量4.4mm。可见爆口处胀粗、边缘明显减薄。

1.3 化学成分分析

该水冷壁管所用材质为20G。20G是优质碳素结构钢，广泛应用于壁温≤480℃的受热面管子，对应技术参数可见选材正确。对试样1#、3#部位进行定量直读式光谱分析，分析结果见表1。对比可见，试样化学成分符合GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》[2]要求。

表1 化学成分（Wt%）

1.4 硬度测量

按GB/T231.1-2009《金属材料布氏硬度实验》要求[3]对1#、2#、3#分析部位进行硬度测量,1#硬度91HB；2#硬度113HB；3#硬度129.6HB。可见1#、2#硬度偏低，3#硬度正常。表明向火侧材质发生了微观损伤。

1.5 金相检验

对1#、2#部位取样，用4%硝酸酒精浸蚀后，在显微镜下观察金相组织，结果如下：1#部位金相组织为：铁素体和珠光体，珠光体区域中碳化物已分散，逐渐向晶界扩散，分布不均匀，呈明显带状沿水冷壁管轴向分布。依据DL/T 674-1999《火电厂用20号钢珠光体球化评级标准》[4]，珠光体球化级别为4.5级严重球化。2#部位金相组织为：铁素体和珠光体，珠光体区域中碳化物已分散，并逐渐向晶界扩散，形态尚明显。珠光体球化级别为3级轻度球化。

珠光体在高温作用下,形状和尺寸会发生变化，片层状渗碳体组织逐渐变为球状。温度越高，球化进行的越快。

2 综合分析与结论

根据爆口宏观形貌、壁厚、硬度测量和金相分析显示该试样具有短时过热特征。利用内窥镜对该水冷壁管及下联箱检查，发现下联箱接管处淤积了一些切割熔渣和金属块状物。从而确定爆管原因是水冷壁管长期在高温下服役，金相组织出现老化，材料性能下降。由于接管处淤积异物使管内循环水流动过缓，冷却不佳造成短时急剧过热，管壁向火侧胀粗、管壁减薄，在管内介质压力作用下发生爆裂。

[1]周昕.火力发电厂锅炉受热面失效分析与防护[M].北京：中国电力出版社，2004:47-48.

[2]GB 5310-2008高压锅炉用无缝钢管[S].

[3]GB/T231.1-2009《金属材料布氏硬度实验》[S].

[4]DL/T 674-1999火电厂用20号钢珠光体球化评级标准[S].

高爱令(1974-)，女，工程师，中国石化齐鲁分公司特种设备检测中心，从事承压类特种设备检验工作。