低壓工業(yè)鍋爐過(guò)熱器爆管分析

李衛(wèi)超，張坤，韓健雄

（廣西壯族自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，廣西 南寧 530000）

某糖廠鍋爐型號(hào)為SHS35(45)-2.5/400-GA，由廣西某鍋爐廠于2002年7月生產(chǎn)，2018年7月更換了全部過(guò)熱器管蛇形管，材質(zhì)為20號(hào)鋼（GB3087）。該廠于2018年12月2日開(kāi)始榨甘蔗制糖，2019年1月7日過(guò)熱器右起第28排管發(fā)生第一次爆管，爆口位于過(guò)熱器管后起第一排、距離彎頭約700mm處，2019年1月25日過(guò)熱器右起第16排后起第1根管再次發(fā)生爆管，爆口位于彎頭往上1000mm處，在以后生產(chǎn)過(guò)程中未發(fā)生爆管事故，使用單位將爆管送到我單位進(jìn)行分析。

1 分析

1.1 宏觀形貌

宏觀形貌見(jiàn)圖1～6，圖1、2為管子原始形貌，管子迎風(fēng)面外表面明顯結(jié)渣；圖3～6為管子打磨除渣后形貌，由此可見(jiàn)管子迎風(fēng)面存在較厚的黑色氧化皮，管子爆口位于迎風(fēng)面且無(wú)明顯脹粗和變形，爆口開(kāi)口不大，爆口的斷裂面粗糙，不平整，破口邊緣呈鈍邊，并不鋒利，爆口無(wú)明顯變形減薄，爆口外表面有一層較厚的氧化層，這些氧化層較脆，部分已剝落。

圖1 管子迎風(fēng)面局部原始形貌

圖2 管子迎風(fēng)面爆口處原始形貌

圖3 迎風(fēng)面除渣后局部形貌

1.2 化學(xué)成分分析

通過(guò)OBLF火花直讀光譜儀對(duì)爆管的管子進(jìn)行化學(xué)成分分析，試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表1，查閱GB3087-2018《低中壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》和GB/T 699-2015 《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》，管材化學(xué)成分滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖4 迎風(fēng)面除渣后爆口形貌

圖5 迎風(fēng)面除渣后局部形貌

圖6 爆口放大圖

表1 管子化學(xué)成分

1.3 拉伸試驗(yàn)分析

對(duì)爆口附近管子按照GB/T228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》取樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2，結(jié)果低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 管子拉伸試驗(yàn)

1.4 金相組織分析

在管子爆口附近取樣進(jìn)行金相組織分析見(jiàn)圖7、圖8，按照DL/T 674-1999《火電廠用20號(hào)鋼珠光體球化評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行評(píng)級(jí)，迎風(fēng)面爆口處金相組織球化5級(jí)，迎風(fēng)面距離爆口600mm處金相組織球化4級(jí)。

管子母材材質(zhì)為20鋼（按GB3087制造），原始金相組織為鐵素體和珠光體，圖7、8中管子的金相組織為鐵素體和碳化物，珠光體已分散消失，晶粒內(nèi)部?jī)H處在少量的碳化物，大部分碳化物分布在晶界上，并且已聚集呈球狀，金相組織具有明顯珠光體球化的形態(tài)，

圖7 迎風(fēng)面爆口處金相組織 500倍

圖8 迎風(fēng)面距爆口600mm處金相組織 500倍

1.5 管子內(nèi)壁附著物分析

對(duì)管子內(nèi)壁附著物進(jìn)行能譜分析結(jié)果如表3，由各元素的比例可知附著物主要成份為鐵氧化物，Na、K元素的重量百分占比很小，說(shuō)明取樣位置處鹽垢量比較少。

表3 附著物元素分析

2 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)管子的化學(xué)成分分析表明過(guò)熱器管材質(zhì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，爆口管子附近內(nèi)壁附著物主要成份為鐵氧化物，表明管子不存在積鹽積垢現(xiàn)象。爆口的宏觀形貌具有長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱引起爆破的特征，金相組織分析結(jié)果為珠光體嚴(yán)重球化，導(dǎo)致材料性能下降，力學(xué)性能試驗(yàn)顯示材料的強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)論

綜合以上情況分析，可以判定該臺(tái)鍋爐過(guò)熱器管子爆管是由于管內(nèi)異物堵塞導(dǎo)致管內(nèi)有效截面減少，蒸汽流動(dòng)阻力增大，相應(yīng)流速降低，不能有效的熱交換，導(dǎo)致管壁溫度長(zhǎng)期超過(guò)允許運(yùn)行溫度后，導(dǎo)致管子金相組織劣化，管子強(qiáng)度下降，最后發(fā)生爆管。

4 建議

過(guò)熱器管更換維修時(shí)施工單位應(yīng)嚴(yán)格遵守GB 50273-2009《鍋爐安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的要求對(duì)管子進(jìn)行通球試驗(yàn)，保證管子內(nèi)部不殘留異物，避免設(shè)備運(yùn)行發(fā)生故障。