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670 t/h锅炉对流过热器爆管分析

发布时间：2011/4/16 阅读次数：2135 字体大小: 【小】【中】【大】

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670 t/h锅炉对流过热器爆管分析

张　慧

摘要　分析了燃煤锅炉对流过热器管开裂的原因。结果表明，开裂是局部长期高温过热导致碳化物严重球化聚集并形成蠕变裂纹与高温氧化腐蚀共同作用的结果。

关键词　过热器管　爆管　弯头
中图分类号　TK223.32TG111.8

1　概况
　　徐州发电厂5号、6号炉对流过热器出口侧外圈弯头连续发生爆管，检查中还发现未爆但已产生裂纹的弯头数根，均发生在炉膛右侧，爆管时累计运行时间约67 000 h。
　　5号、6号炉额定出力为670 t/h，过热蒸汽出口压力为13.7MPa，出口温度540℃，对流过热器管规格为Φ42×5，材质为12Cr2MoWVTiB(102钢)，正常运行估计对流管内蒸汽压力为14.2 MPa，温度为485～540℃。

2　爆管分析
　　取5号炉北12排和6号炉北23排爆管重点分析。
2.1　爆口宏观分析
　　过热器管内外表面氧化皮较厚，爆口张口不大，属脆性断口，断口附近有平行主裂纹的细小裂纹，为长期过热特征。沿爆口切开，裂纹扩展过程见图1。裂纹首先在弯管外壁的1处起裂，然后向两侧扩展，到一定程度后在2处撕裂形成明显的剪切唇(宽为0.8～1.2 mm)，唇外其它部位表面已严重氧化，裂口表面粗糙。爆管几何尺寸的测量数据见表1。
　　由此可见，爆管胀粗不明显，椭圆度亦在规定范围内。弯管背弧氧化皮较厚，管壁减薄较严重，产生原因为：(1)弯管时变形不均匀导致外侧管壁减薄。(2)氧化腐蚀造成金属转移导致减薄，与腐蚀量有关。管壁减薄使对流管受力增大，加速材质的老化。

图1　开裂面宏观形貌

表1　过热器管截面尺寸，mm

测量部位		外径		椭圆度(%)	管壁厚度		氧化皮厚度
测量部位		最大	最小	椭圆度(%)	向火	背火	内壁	外壁
5号炉爆管	开裂中心	42.4	40.1	5.5	3.7	5.8	0.4	0.5
	弯管段	42.1	40.0	5.0	3.9	5.7	0.4	0.5
	直管段	42.0	42.0	0	4.9	5.0	0.3	0.3
6号炉爆管	开裂中心	41.9	39.9	4.8	3.8	5.9	0.5	0.6
	弯管段	42.6	40.2	5.7	3.9	5.7	0.4	0.6
	直管段	42.1	42.0	0	5.0	5.0	0.3	0.4

2.2　显微组织分析
　　爆口及其附近组织碳化物已完全球化并成链状分布，伴有大量蠕变孔洞和沿晶裂纹。直管段向火侧和爆口处背火侧组织相似，碳化物在晶界及晶内析出并聚集成链状，聚集程度较爆口处轻，见图2。直管及弯管外表面脱碳层0.35　mm，因范性作用，晶粒较内侧明显长大。组织分析表明，爆管长期处于过热状态，断口附近过热温度较直管段高。

图2　爆口处组织400×

2.3　扫描电镜分析
　　因爆口氧化严重，将爆口在液氮下冲断观察，由外向内均为不同程度的脆性断裂形貌，靠近外壁有许多蠕变孔洞沿晶界形成，见图3，与宏观及组织特征吻合。

图3　爆口处断口形貌

2.4　氧化物形貌及结构分析
　　管内壁氧化物为一层，外壁氧化物由两层构成，见图4。与氧化物相邻基体金属有一层氧化腐蚀层，外壁厚度为内壁的5～7倍，其金属晶界已完全氧化，形成沿晶界氧化物。在燃烧的高温环境中，空气中的氧与基体发生化学反应，氧首先通过金属基体的晶界向内扩散，由于基体中的碳化物在晶界偏聚形成链状分布，晶界能增高，更有利于氧的扩散，尤其是晶界裂纹的产生，为氧的扩散提供了通道。氧沿晶界扩散形成深入基体的沿晶氧化裂纹，成为过热器管开裂的裂纹源。

图4　断口处氧化层结构

　　应用X－Ray衍射仪和扫描电镜能谱分析仪对各部位腐蚀产物进行分析，结果见表2。

表2　不同部位氧化物分析结果

测量部位	爆口内表	爆口外表	爆口附近外表	向火侧粘附物
腐蚀产物	Fe₃O₄	Fe₂O₃ Fe₂O₃，FeO	Fe₂O₃ Fe₂O₃	Al₆Si₂O₁₃,CaSO₄ Fe₂O₃,SiO₂非晶体
元　素	Fe,Mn Cr	Fe,Mn,Cr S,Si	Fe,Mn Cr,S,Si	－
氧化层形态	单层	双层	双层	单层
氧化层厚度	0.610	0.525	0.663	凹凸不平

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