200th锅炉过热器爆管原因分析.doc

200t/h锅炉过热器爆管原因分析 摘要 应用金相、X-ray衍射、扫描电子显微分析及宏观分析等方法分析了200t/h锅炉过热器爆管的原因，对氧化的产生及其影响和裂纹在弯头形成的原因进行讨论。关键词 锅炉 过热器 爆管 氧化1、概况某厂#3炉对流过热器西44排外侧弯头在运行5.6万小时后爆裂，此前对流管已有过两次爆管事故。该炉为SG220/9.8-M295型煤粉炉，过热蒸汽设计压力为9.8MPa，温度为535，对流过热器材质为12CrlMOV，规格为(424.0，入口烟温890。2、试验内容及结果2.1、宏观检验爆口位于弯头外弧侧，张口 较小，长41mm，最大宽度3mm，从断口看，裂纹首先在弯头外表面产生，然后向两侧及内部扩展成台阶状，最后撕裂形成剪切唇。断口表面已严重氧化，从氧化程度看，裂纹扩展经历了很长时间。爆口及其相关管段几何尺寸测量数据见表1。见表由测试数据可知，管子胀粗不明显，椭圆度也在规定范围之内外氧化皮较厚，管壁减薄严重。导致弯管段壁厚严重减薄的原因为：(1)弯管时变形不均匀导致壁厚减薄。(2)氧化腐蚀较严重使壁厚减薄。2.2、化学成份分析取爆管材料进行化学分析，分析结果列于表2。见表结果表明，对流管化学成份符合国标要求。2.3、 显微组织分析爆口中心组织为铁素体+碳化物，珠光体区域消失，珠光体球化45级。内外表面均布满向内延伸的氧化裂纹，尤其外壁，有许多氧化及蠕变裂纹，在高温环境中，氧与基本发生化学反应，氧通过晶界向内扩散，尤其晶界裂纹的产生，为氧的扩散提供了通道，成为过热器开裂的裂纹源。距爆口175mm处向火侧及爆口背火侧珠光体也完全球化，蠕变孔洞不很明显。2.4、扫描电镜分析爆口内外氧化均较严重，经X射红衍射分析表明，外层氧化皮主要为Fe3O4，靠近管壁的内层主要为Fe3O4+FeO。外壁主要为FeO+Fe3O4+Fe2O3+Ca-SO4等。FeO只有在高于570才能形成，从高温冷却时，FeO可能夹在Fe3O4之间保留到室温，这表明爆管前管壁温度曾高于570。3、 分析讨论3.1、 爆口宏观、微观形态均为长期过热特征，组织老化，并伴有蠕变损伤，断口扫描结果与宏观及微观分析结果相符。3.2、氧化问题12CrlMoV钢在580以下抗氧化性能良好，535时的平均氧化速率0.05mm/a，而爆管在使用仅7年后内壁氧化已达0.5mm，说明管壁温度已超过535，长期处于过热状态。氧化物相结构分析也证实了这一点。内壁氧化皮一旦形成，使管壁与蒸汽的热传导减慢，促使壁温进一步升高，又加速了氧化过程，这种循环的氧化过程，使管壁一直处于过热状态，促进了珠光体的球化和蠕变孔洞、裂纹的形成。这种沿晶氧化裂纹从外壁产生，逐渐向内壁扩展，直至穿透管壁，造成爆管。3.3、弯头材质老化及蠕变裂纹较直管严重的原因为：钢管弯制时，弯头背弧侧管壁减薄，加上氧化造成的管减薄，使弯头应力增大。在弯管和直管的交界处，蒸汽产生涡流，造成局部温升高，局部应力和温度的升高，加速弯头材质老化和损伤，故首先在弯头处爆裂。3.4、此前的两次爆管均处于该管附近区域，说明过热爆管是由燃烧引起的火场偏移，使一定范围管壁超温。4、结论(1)此次过热器爆管系长期过热所致。(2)爆管的性质为宏观脆性断裂，断裂原因是长期过热形成蠕变裂纹，管壁表面的氧化与蠕变交互作用加速了裂纹的形成和扩展。当裂纹达到一定尺寸后即快速扩展，导致爆管。(3)应力和温度不同，使爆破首先在弯头外弧发生。5、采取的措施爆管后对运行记录进行了检查，发现对流炉外管壁温最高达583，考虑炉内外温庆功，故过热器管壁温度大大高于设计温度，造成长期过热爆管。后经多次燃烧调整试验，超温现象基本得到控制，对氧化严重管材进行了更换，机组运行趋于正常。