锅炉屏式过热器爆管原因分析

GB5310 0.08~ 12Cr1MoV 0.15
0.40~ 0.70
0.17~ 0.37
≤0.035 ≤0.035
0.90~ 1.20
0.25~ 1.35
0.15~ 0.30
3.2 拉伸试验
机械性能 试样名称
管材 1 管材 2 GB5310 12Cr1MoV
表 2 拉伸试验结果
σs （MPa）
σb （MPa）
3.3 金相分析 金相检查的目的是为了考察长期高温服役后材料的显微组织的变化情况，检查碳化物
的析出和球化情况。 试样取于爆裂管子的向火侧，其金相组织为铁素体＋碳化物，珠光体区域形态特征已
消失，大量碳化物在铁素体晶界上聚集，粒度明显增大，只有少量粒状碳化物，可见管子球 化程度已非常严重。
4 爆管原因分析
在 10 个月左右的时间里，连续发生超温爆管的受热面位置几乎相同，而且材料组织严 重劣化，在材料化学成分正常、力学性能尚可的情况下，应该考虑管排的受热状况。分析管 排的受热状况应该从两方面入手，一方面是热量吸收情况即管子外部烟气的对流及辐射是否 正常，另一方面是热量传导情况即管子内部传热是否正常。根据第一次爆管后的处理情况记 录及大修时的检查记录判断爆管前管排没有产生比较大的变形，管子外部烟气的对流及辐射 应该是正常的，因此需要对管子内部传热状况进行检查，根据屏式过热器蒸汽流程示意图（图 1 所示），考虑到两次爆管均是炉前管子，我们将第七屏联箱炉前封头割开，发现隔板 1 呈 45°角倒塌。
2 现场调查
2.1 现场检查
图 1 屏式过热器蒸汽流程示意图
现场检查中发现，爆破口呈粗糙脆性断口特征，破口附近有比较厚的氧化铁层，管子内 外壁表面发现大量纵向微小裂纹，管壁的胀粗不太显著，破口处因受到严重冲刷有明显减薄。 第七屏的管卡变形严重，第 8-20 根管子均有受过冲刷的痕迹。
随后对周围管子全部进行蠕胀测量及壁厚测定，蠕胀测量结果表明第 5~20 根管子有 1mm 左右轻微胀粗，其余管子均未见胀粗，除了爆破管和第 4~22 根管子受冲刷部位壁厚明 显减薄外，其它管子壁厚测定结果均正常。 2.2 资料审查
226
394
232
401
≥255
471~638
б5 （％）
32 33
≥21
按照 GB228-87《金属拉伸试验方法》在爆裂管子破口上方 200mm 处（管材 1）及第 14 根管子相同部位（管材 2）各截取一段管子进行了常温拉伸试验，试验结果见表 2。表 2
中同时列出了 GB5310 中对 12Cr1MoV 常温力学性能的规定值。经10 的规定值。但考虑到在设计时材料的 厚度有足够余量，材料的力学性能下降应该不是爆管的根本原因。
锅炉型号为 HG220/100-10 型，设计压力 9.81MPa，设计温度 540℃，于 1984 年投运， 累计运行时间约 18 万小时。屏过材料为 12Cr1MoV，规格为Ф42×5。爆管时，集汽联箱出 口的蒸汽参数为：压力 9.2MPa、温度 535℃，没有发生超温超压情况。检查近两年的运行 记录，未发现超温超压现象。进一步检查检修资料时，发现 2006 年 4 月 15 日屏过第七屏第 13 根曾发生过爆管，距本次爆管发生间隔仅 10 个月，当时对该管子进行了更换处理并对管 排进行修复整理，但没有对爆管原因进行深入研究。另外需要说明的是 2006 年 9 月#2 炉进 行了一次大修，我们曾对屏过等受热面进行了重点检查，未见管排平整度、蠕胀及壁厚方面 有异常情况。
3 试验分析
3.1 化学成分
分别在第 13、15 排管子上取一段材料进行元素分析，结果见表 1。从表 1 看出，管材
完全符合 GB5310《高压锅炉用无缝钢管》中 12Cr1MoV 钢的要求。
表 1 化学成分
元素
C
Mn
Si
S
P
Cr
Mo
V
管材 1 管材 2
0.12 0.50 0.27 0.011 0.008 1.16 0.98 0.29 0.12 0.51 0.26 0.010 0.008 1.15 1.00 0.28
参考文献 [1] 吴非文，火力发电厂高温金属运行 北京：水利电力出版社，1979 [2] 《电厂金属材料》编写组，电厂金属材料 北京：水利电力出版社，1979
完稿时间：2010 年 6 月
作者简介：周文，男，74 年 4 月出生，高级工程师，长期从事特种设备管理工作。 联系地址：211900 江苏仪征化纤股份有限公司热电生产中心 邮箱：yzzwen@
6 结论
（1）按照上述措施对屏过联箱及管子进行处理后，#2 炉水压试验一次性成功。至今#2 炉屏 过已安全运行了 3 年，说明处理措施是有效的； （2）此次爆管事故的直接原因是材料严重损伤；而根本原因是管子内部蒸汽流量下降，传 热不充分造成了管子长期处于过热状态； （3）对锅炉受热面爆管事故进行原因分析时，除了考虑化学成分、力学性能、金相组织等 材料自身原因外，还应该考虑管子热量吸收及热量传导等方面的热力学原因，对于相同部位 屡次发生爆管的受热面事故，应该重点从热力学方面查找原因。
锅炉屏式过热器爆管原因分析
周文
中国石化仪征化纤股份有限公司热电生产中心， 江苏仪征 211900
摘要： 本文针对仪化公司热电生产中心 HG220/100-10 型锅炉屏式过热器屡次发生爆管问 题，提出了对锅炉受热面爆管事故进行原因分析时，除了考虑材料自身原因外，还应该从热 力学方面查找原因。实践证明，只有两方面因素均充分考虑后，才可以保证受热面的稳定运 行。 关键词： 爆管 受热面 原因分析
1 引言
2007 年 2 月 19 日 23 时，仪征化纤热电生产中心运行中的 #2 炉炉膛正压突然甩至 +185Pa，主汽流量为 182t/h,而给水流量为 201t/h，给水流量不正常地超过主汽流量 20t/h。 巡检过程中听到炉膛过热器附近有明显的漏汽声，初步判断为过热器泄漏，次日 6 时 45 分 停炉检查发现#2 炉屏过第七屏第 15 根(从炉前数起，见图 1)管子发生爆管,过热器管排遭到 严重破坏。
4.1 爆管性质 锅炉受热面爆管可分为长时超温爆管和短时超温爆管两大类。长时超温爆管的破口呈粗
糙脆性断口，管壁减薄不多，管子胀粗也不很显著，爆破口附近往往有较厚的氧化铁层；而 短时超温爆破口一般胀粗较为明显，管壁减薄很多，爆破口呈尖锐的喇叭形，其边缘很锋利， 具有韧性断裂的特征，爆破口的这些特征是与超温爆管时产生了较大的塑性变形，使管缝减 薄，因而承受不了介质的压力而引起剪切断裂有密切关系。从现场检查情况看，此次爆管更 多地具有长时超温爆管特征，说明管子运行中长期处于过热状态。 4.2 爆管的热力学原因
至此，可以清晰地判断出，由于基建时该隔板的点焊质量较差，多年运行中在蒸汽的反 复冲刷下，隔板最终倒塌。因此联箱中 A 区有部分蒸汽通过隔板上方及下方间隙直接流向 了 B 区，5~20 排管子内部蒸汽流量明显降低，由于管子内部传热不充分造成了管子长期处 于过热状态是管子爆裂的根本原因。
5 处理措施
5.1 修复隔板
对倒塌的隔板 1 进行修复，将其恢复成垂直状态，避免联箱内隔板两侧蒸汽直接流通。 5.2 更换已损伤的管子
第 5~20 根管子长期处于过热状态，已出现胀粗迹象，力学性能及金相组织抽查表明管 子损伤较严重，对这 16 根管子全部进行更换。另外第 4、21、22 根管子部分受到冲刷，对 壁厚明显减薄的管段进行了更换。