鍋爐受熱面失效簡(jiǎn)易快速分析

閆登強(qiáng)

（湖南省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院懷化分院，湖南 懷化 418000）

鍋爐是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的一種設(shè)備，作為一種對(duì)外輸出熱能設(shè)備，現(xiàn)廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)及生活中。但其工作環(huán)境復(fù)雜，因此損傷模式產(chǎn)生的原因也特別多。鍋爐中的主要受壓元件受熱面其損壞原因也非常復(fù)雜，總的來說分為外部原因和內(nèi)部原因造成的損失。具體失效原因有：過熱（過熱分為長(zhǎng)期過熱、短期過熱）、疲勞損傷、腐蝕（腐蝕又有堿腐蝕、應(yīng)力腐蝕、氧腐蝕、高溫腐蝕等）、材質(zhì)裂化（材質(zhì)裂化有珠光體球化、石墨化等）、機(jī)械磨損等。主要針對(duì)受熱面幾種常見失效模式發(fā)生后，對(duì)其失效進(jìn)行微觀及其宏觀特性做出簡(jiǎn)易分析，從而對(duì)產(chǎn)生的失效原因作出快速的判斷。

1 過熱

1.1 長(zhǎng)期過熱

鍋爐受熱面長(zhǎng)期過熱指的是鍋爐的受熱面管子長(zhǎng)期（通常長(zhǎng)達(dá)數(shù)月或者數(shù)年）在超過其許用溫度下而產(chǎn)生的一種失效模式。長(zhǎng)期工作在超溫下受熱面的材質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致受熱面管失效，主要表現(xiàn)模式有高溫蠕變損壞和高溫爆管。產(chǎn)生這樣的失效原因主要有兩個(gè)方面：一是水側(cè)，如受熱面管結(jié)垢等；二是火側(cè)，如積灰、結(jié)焦、受熱面受熱不均等原因。

長(zhǎng)期過熱爆管的快速判斷方法。爆口處材料的微觀形態(tài)：通過金相分析，在圖上可以看到明顯的晶間裂紋，晶界上有嚴(yán)重的珠光體球化及氧化層，晶粒粗大。

爆口處的宏觀特性：（1）爆口一般不是很大；（2）邊緣沒有明顯的減薄現(xiàn)象；（3）爆口邊緣粗糙、不平、沒有鋒利的邊口；（4）爆口處上下左右各部分管子有輕微的脹粗現(xiàn)象，四周能看到較厚而且比較脆的氧化皮。

1.2 短期過熱

鍋爐受熱面管短期過熱通常是管壁壁溫突然急劇上升，在短時(shí)間內(nèi)可能超過材料AC3溫度以上，從而導(dǎo)致受熱面管爆管的過程。造成短期過熱爆管的主要原因是水側(cè)原因，如堵塞，水循環(huán)遭到破壞在高熱負(fù)荷區(qū)發(fā)生。

短期過熱爆管的快速判斷方法。爆口處的微觀形態(tài)：通過顯微組織觀察，爆口附近材料組織發(fā)生變化，通常可以看到馬氏體、貝氏體等組織，附近硬度大幅度升高，在爆口遠(yuǎn)的地方材質(zhì)基本沒有變化。爆口斷面微觀上有韌窩狀，斷口由許多凹坑組成。

爆口處的宏觀形態(tài)：（1）爆口處開裂非常大，呈喇叭口形狀；（2）爆口邊緣像刀口一樣非常鋒利；（3）管子周圍減薄非常明顯，整個(gè)爆口處管子脹粗非常大；（4）破口處由于瞬時(shí)爆管，內(nèi)部汽水急劇沖出，所以內(nèi)壁非常光滑；（5）管子屬于瞬時(shí)過熱，因此破口處外壁管子發(fā)藍(lán)；（6）破口附近有許多平行于破口軸向的裂紋。

2 腐蝕

鍋爐中的腐蝕類型非常多，如堿腐蝕、酸腐蝕、氧腐蝕、高溫腐蝕等?，F(xiàn)在，主要對(duì)我們?cè)跈z驗(yàn)過程中的常見的堿腐蝕與氧腐蝕進(jìn)行分析說明。

2.1 垢下腐蝕

2.1.1 堿腐蝕

堿腐蝕也是垢下腐蝕的一種，主要原因：鍋爐水中含有游離的堿，在垢下屬于密閉空間在汽水蒸發(fā)過程中，造成密閉空間內(nèi)堿逐漸濃縮，造成該處OH-濃度極高從而造成堿腐蝕。該種腐蝕主要發(fā)生在脹接、鉚接有間隙的地方、鍋爐結(jié)垢后向火側(cè)的內(nèi)部。

堿腐蝕爆管后的快速判斷方法。

宏觀形態(tài)：（1）管內(nèi)壁在向火側(cè)處有皿狀向下凹的腐蝕坑；（2）腐蝕的一面呈蜂窩狀，腐蝕坑里面有黑色的腐蝕產(chǎn)物，用磁鐵可以發(fā)現(xiàn)帶磁性；（3）爆口呈脆性斷裂，金屬無(wú)變形。

微觀形態(tài)：（1）金相組織沒有明顯變化；（2）無(wú)脫碳的現(xiàn)象，這一點(diǎn)是與鍋爐的氫脆爆管的區(qū)別；（3）在初期內(nèi)部裂紋發(fā)生在晶粒邊緣，隨著裂紋的不斷擴(kuò)展呈穿晶裂紋。

2.1.2 酸腐蝕

鍋爐的酸腐蝕主要與水質(zhì)、化學(xué)清洗或者清洗后鈍化不滿足要求有關(guān)系。在垢下局部濃縮，造成PH很低從而發(fā)生酸腐蝕，酸腐蝕常與氫脆一起發(fā)生。表現(xiàn)形式主要有：（1）腐蝕產(chǎn)物與金屬表面結(jié)合在一起，很難分離；（2）表面有腐蝕坑；（3）微觀組織與氫脆損傷相同。

2.2 氧腐蝕

氧腐蝕通常認(rèn)為是一種電化學(xué)腐蝕，氧腐蝕在鍋爐中比較常見，如鍋爐停爐后，電站鍋爐補(bǔ)給水中除氧不徹底水中混入CO2后都容易發(fā)生氧腐蝕。

氧腐蝕爆管后的快速分析。宏觀形態(tài)：（1）腐蝕表面有很多小型鼓包，敲掉鼓包后，腐蝕坑呈潰瘍狀；（2）敲掉腐蝕點(diǎn)的鼓包后，外面一層為棕褐色的腐蝕產(chǎn)物，沒有磁性，里面一層為黑色的腐蝕產(chǎn)物，具有磁性；（3）爆口呈韌性斷裂形態(tài)，由于腐蝕口材料厚度不能滿足強(qiáng)度引起。微觀組織沒有變化。

3 疲勞

3.1 腐蝕疲勞

受熱面管的腐蝕疲勞可能發(fā)生在水側(cè)也可以發(fā)生在煙氣側(cè)。水側(cè)主要是由于水氣分層、間歇式啟停等原因造成，煙氣側(cè)主要是由于熱疲勞應(yīng)力、吹灰等外界交變力引起的。

水側(cè)引起的疲勞損傷，從內(nèi)表面逐漸擴(kuò)展到外表面，在過熱器的管子彎頭內(nèi)壁等地方產(chǎn)生點(diǎn)狀或者坑狀腐蝕，從而引起疲勞損傷。水側(cè)引起的疲勞爆口主要有如下特性：（1）在過熱器內(nèi)壁產(chǎn)生點(diǎn)狀或者坑狀的腐蝕坑，這種坑形狀像貝殼狀；（2）如果是在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的疲勞腐蝕，腐蝕主要產(chǎn)物為黑色狀，帶磁性；（3）如果是在停爐過程中產(chǎn)生的疲勞腐蝕損傷，腐蝕主要產(chǎn)物為磚紅色的、不帶磁性的腐蝕產(chǎn)物；（4）在這些腐蝕區(qū)域材料的金相組織不發(fā)生任何變化；（5）產(chǎn)生的裂紋主要是橫斷面的，裂紋比較窄，端面口鈍而粗糙，在裂紋出有氧化皮；（6）如果應(yīng)力比較小裂紋的端部比較圓滑，應(yīng)力如果非常大，裂紋的端部就比較尖；（7）爆口處的斷裂表現(xiàn)為脆性斷裂。

煙氣側(cè)的腐蝕疲勞損傷主要表現(xiàn)形式為從外表延伸到內(nèi)表面，裂紋形式也是橫向裂紋為主，發(fā)生損傷后可以看到管壁的外表面像大象的皮膚一樣，密密麻麻的橫向裂紋，這種損傷模式一般把其拉入熱疲勞破壞。

3.2 熱疲勞

產(chǎn)生熱疲勞的原因是鍋爐長(zhǎng)期存在交變的熱應(yīng)力如頻繁的啟停、鍋爐運(yùn)行中的熱負(fù)荷不穩(wěn)定等引起的。這類損傷模式在鍋爐的主蒸汽管、再熱管、給水管中表現(xiàn)得更為明顯。在一些保溫層破損的地方、減溫器等地方也比較常見，主要為熱沖擊引起的。

熱疲勞的損失的主要表現(xiàn)如下形態(tài)：（1）斷裂的地方表現(xiàn)為脆性斷裂；（2）斷裂多為橫向，在這些斷裂的地方有很多平行于斷口的裂紋；（3）裂紋主要是沿晶裂紋，裂紋向垂直于管軸的方向擴(kuò)展；（4）管壁的外表面密布像大象皮一樣的橫向裂紋；（5）異種鋼焊接的地方主要在焊接熔合線附近，管子為橫向斷裂。

4 磨損

鍋爐的磨損主要有飛灰磨損、機(jī)械磨損、吹灰磨損、煤粒磨損幾種方式。飛灰磨損主要是煤燃燒后，煙氣中含有灰分，沖擊到受熱面管上引起磨損。磨損的形態(tài)按灰粒沖擊到受熱面管的角度不一樣分為變形磨損和切削磨損兩種形式。當(dāng)灰粒以90°沖擊到受熱面管上，周而復(fù)始，引起受熱面管逐漸一層層脫落的磨損叫變形磨損。反之如果以很小的角度沖擊到受熱面管上的磨損稱為切削磨損。引起這種損傷模式主要與煤的性質(zhì)、配風(fēng)等有關(guān)系。

受熱面管磨損后的損傷形態(tài)主要有如下幾種：（1）爆口處材料的金相組織無(wú)明顯變化；（2）爆口表現(xiàn)形式為韌性斷裂；（3）爆口的邊緣比較??；（4）爆口邊緣通過測(cè)厚可以看到明顯的減薄。

5 結(jié)語(yǔ)

鍋爐的損傷模式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止以上幾種，主要針對(duì)鍋爐常見的幾種損傷模式進(jìn)行分析，通過簡(jiǎn)易的分析來快速判斷鍋爐大致是那種損傷模式引起的。在實(shí)際檢驗(yàn)過程中，要具體分析是那種損傷模式引起的，還需要借助其他的檢驗(yàn)手段及檢測(cè)方法做出準(zhǔn)確的分析。