余熱鍋爐一級(jí)過熱器管規(guī)格φ38×4mm，材料20g，兩列共62排，設(shè)計(jì)入口煙溫836℃，管內(nèi)介質(zhì)溫度406℃，壓力4.48MPa，介質(zhì)與煙氣逆向換熱，布置在水平煙道。一次鍋爐內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)過熱器管普遍脹粗（能測(cè)管徑為39～39.6mm），里面蠕變脹粗率為2.63%～4.2%，使用單位將進(jìn)出口集箱和一級(jí)過熱器管全部更換，管子規(guī)格為φ38×4mm，材料為15CrMo，投入運(yùn)行后，2003年3月，一級(jí)過熱器發(fā)生爆管。過熱器管從更換后至爆管，累計(jì)運(yùn)行4500h。
一、損壞情況
1．一級(jí)過熱器西起第5排、南數(shù)第1根管爆破，爆口中心線距下彎管底部510mm。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)南數(shù)第1根、第2根管表面有黑褐色高溫氧化層，個(gè)別氧化層脫落，管徑有明顯脹粗，南數(shù)第1根管爆破后，因爆管噴出的蒸汽反作用力，使其向北位移70～100mm。南數(shù)第3根一第6根管（入口管），管子表面呈棕紅色，并附有灰白色灰垢，管徑無(wú)脹粗現(xiàn)象。
2．破口寬90mm、長(zhǎng)95mm，撕裂長(zhǎng)度分別為107mm和38mm（脫落），破口的斷裂面粗糙且不平整，破口附近有很多縱向蠕脹裂紋，裂紋平行于破口，起爆點(diǎn)管子壁厚2.2mm，破口表面氧化層厚0.66mm，外表面氧化層厚0.4mm。
3．使用XLTRO型內(nèi)窺鏡對(duì)西起第5排入口管、南數(shù)第2根管和第1個(gè)彎管內(nèi)壁進(jìn)行檢查，內(nèi)壁均有均勻的氧化層。
4．使用XH-500型金相顯微鏡對(duì)6個(gè)部位進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果：爆口處為輕度球化，即球化3級(jí)，金相組織為珠光體加鐵素體加少量碳化物。爆口處的背火面金相組織為珠光體加鐵素體，存在傾向性球化，即球化2級(jí)。起爆點(diǎn)向下l00mm處的向火面金相組織為珠光體加鐵素體，傾向性球化，即球化2級(jí)。起爆點(diǎn)向下l00mm處背火面金相組織為珠光體加鐵素體，傾向性球化，即球化2級(jí)。爆口上部撕裂部位金相組織為珠光體加鐵素體，傾向勝球化，即球化2級(jí)。西起第5排、南數(shù)第6根管（入口端）金相組織為珠光體加鐵素體，未球化，即球化1級(jí)。
5．使用X射線能譜儀對(duì)爆管內(nèi)壁氧化層進(jìn)行成分（重量百分?jǐn)?shù)）測(cè)定。
6．使用XL-30型掃描電鏡，對(duì)爆口和撕裂部位觀察斷口形態(tài)，爆口起始點(diǎn)呈現(xiàn)一定的塑性變形，局部出現(xiàn)環(huán)形空洞。撕裂斷口呈現(xiàn)明顯的脆性斷裂形態(tài)。
二、檢驗(yàn)分析
1．爆破的管子和與其相連的管子外表面呈黑褐色高溫氧化層，管徑脹粗率分別為6.3%、17.1%和21.3%，明顯超出2.5%的規(guī)定，說(shuō)明爆管是由超溫引起的。其余各排管子外表面均呈棕紅色氧化層（三氧化二鐵），并附有灰白色浮灰，管徑測(cè)量為38.1～38.4mm，脹粗率0.26%～1%，表明這些管子沒有超溫現(xiàn)象。因此，可以說(shuō)明，僅一級(jí)過熱器西起第5排、南數(shù)第1、2根管子超溫，具有特殊性。排除了一級(jí)過熱器管熱負(fù)荷過高、選材裕度不足等普遍超溫和管徑脹粗的原因。
2．破口邊緣為鈍邊，斷口平齊粗糙，破口附近有平行于破口的縱向短裂紋，爆口邊緣有明顯的變形和脹粗現(xiàn)象，這些特征說(shuō)明，該爆管屬于典型的脆性破壞，具有長(zhǎng)期超溫特征。
3．內(nèi)窺鏡檢查，發(fā)現(xiàn)西起第5排、南數(shù)第1根管的下彎管底部的腐蝕坑和縱向劃痕應(yīng)引起重視。可能在集箱或過熱器管系中有雜物，即所謂管內(nèi)異物堵塞，沒有足夠流量的蒸汽冷卻管壁，引起超溫，爆破后，異物被高壓蒸汽沖出時(shí)留下的沖擊痕跡。
4．取爆口橫截面磨制金相樣品，發(fā)現(xiàn)平行口邊緣有很多裂紋，這些裂紋自外向內(nèi)壁沿晶界發(fā)展，說(shuō)明管壁超溫（即超過15CrMo鋼允許溫度550℃），管子金屬在應(yīng)力作用下發(fā)生蠕變，即管徑脹粗，出現(xiàn)蠕變和沿晶界裂紋，直至破裂。金相檢驗(yàn)中，還發(fā)現(xiàn)管子內(nèi)外壁有氧化層、脫碳層，金相組織中珠光體球化，爆口處珠光體球化3級(jí)，背火面球化2級(jí)，入口側(cè)，即西起第5排、南數(shù)第6根管，金相組織中珠光體未發(fā)現(xiàn)球化，組織正常。爆口處珠光體球化和碳化物在晶界上聚集，并伴隨有蠕變損傷，即蠕變裂紋形成，說(shuō)明材料已經(jīng)劣化，這是金屬材料長(zhǎng)期超溫運(yùn)行的必然結(jié)果。珠光體球化與溫度有直接關(guān)系，溫度愈高，球化速度愈快。
5．爆管取樣，進(jìn)行化學(xué)成分分析表明，一級(jí)過熱器管材料完全符合GB5310-95標(biāo)準(zhǔn)中15CrMo鋼的要求。一級(jí)過熱器管設(shè)計(jì)，按照GB9222-88《水管鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算》規(guī)定，完全可以滿足一級(jí)過熱器正常運(yùn)行要求，僅4500h就發(fā)生爆管，說(shuō)明爆管損壞部位的實(shí)際壁溫遠(yuǎn)大于550℃。
6．對(duì)爆管內(nèi)壁氧化層進(jìn)行能譜分析和物相X射線衍射分析，黑褐色氧化層主要為鐵的氧化物，其相成分為Fe3O4（主）加FeO（次）。
當(dāng)鋼材在含有氧的介質(zhì)中受熱時(shí)，其表面將發(fā)生氧腐蝕，高溫氧化是指鋼在高溫條件下，與腐蝕介質(zhì)作用發(fā)生的腐蝕，與溫度、時(shí)間、氣體介質(zhì)成份、壓力、流速、鋼材成分等有關(guān)。鋼在低于570℃以下的氧化，首先是鋼管表面碳的氧化即脫碳現(xiàn)象：Fe3C+O2→3Fe+CO2↑然后發(fā)生的是鐵的氧化：2Fe+O2→2FeO或3Fe+2O2→Fe3 O4，由于管壁上生成Fe3O4氧化過程減慢，但Fe3O4的導(dǎo)熱性能低，而引起管壁溫度逐漸升高，當(dāng)壁溫超過570℃以上時(shí)，當(dāng)壁溫超過570℃以上時(shí)，產(chǎn)生過熱蒸汽腐蝕即高溫氧化腐蝕，其他過程：
3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2↑
3FeO+H2O→Fe3O4+H2↑
Fe3O4+Fe→4FeO
在570℃以上出現(xiàn)上述三個(gè)反應(yīng)，說(shuō)明內(nèi)壁超溫幅度愈高，氧化層愈厚，爆管處向火面嚴(yán)重超溫，內(nèi)外壁產(chǎn)生高溫氧化腐蝕，管壁明顯減薄，并且有蠕變和蠕變裂紋出現(xiàn)，在內(nèi)壓應(yīng)力作用下造成爆管。
三、結(jié)論
1．根據(jù)催化B爐一級(jí)過熱器管爆口特征、微觀蠕變裂紋、金相組織中珠光體球化、內(nèi)外壁脫碳和高溫氧化產(chǎn)物的形成，說(shuō)明該管爆破屬于長(zhǎng)期超溫引起的。
2．一級(jí)過熱器西起第5排第1根管爆破，是由于管內(nèi)異物堵塞引起管子超溫的結(jié)果。
3．建議以后換管過程中，對(duì)管系和集箱內(nèi)部進(jìn)行全面仔細(xì)檢查，并且將集箱內(nèi)清掃干凈，管系進(jìn)行全面通球和蒸汽吹掃，排除集箱和管系內(nèi)的異物，防止發(fā)生爆管。
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