华北电力科学研究院(北京 100045)　　蔡向晖

文　摘　通过对盘山发电厂3号启动锅炉爆管进行宏观及显微组织分析发现，爆管是由于超温过热运行引起组织严重老化，加之管内外壁严重高温氧化腐蚀，管子有效截面积减少，不能承受管内介质压力而泄漏。提出了防止超温过热运行的建议。

图1　爆口宏观形貌

爆口内外壁上均有一层较厚的氧化层，外壁向火侧氧化层呈赤褐色，松软易脱落，内壁氧化层呈黑褐色，与基体结合牢固不易脱落，内壁无结垢，破口处管壁因内外氧化腐蚀有明显的减薄，最薄处1.6 mm，破口对面壁厚2.0 mm，内壁氧化层厚约0.38 mm，电厂割管发现爆管内有厚约1 mm的剥落氧化皮。

图3　爆口内外壁氧化严重　(80×)
爆口处内外壁氧化严重，显微镜下观察壁厚仅剩0.25 mm，见图3。

图4　爆口外壁晶界氧化裂纹　(200×)

3　试验结果分析

　　(1) 从外观及断口检查可知，爆口不大，边缘圆钝，断口平齐粗糙，破口附近有平行破口的纵向短裂缝，爆管无明显塑性变形和胀粗现象，这些特征说明，该爆管属典型的脆性破坏。

　　12CrlMoV钢在580℃以下抗氧化性能良好，其设计寿命为10万 h，此过热器管运行时间不长，显微分析，其球化级别已达到5级，说明过热器管金属实际所受的温度已超过设计使用温度。由于温度的提高，钢的基体组织球化和蠕变速度加快，组织严重老化，致使蠕变极限下降，从而产生了蠕变孔洞，随着运行时间的增加，蠕变孔洞也增加，这些蠕变孔洞逐渐扩大并连结成串，形成微裂纹，然后又形成较大的裂纹，直至过热爆破。
　　(2) 过热器管内外壁上均发生了严重的高温氧化腐蚀，破口处向火侧管壁厚度约1.6 mm，管壁因氧化已明显减薄，显微镜下观察，由于内外壁氧化严重，发现管壁最薄处仅约0.25 mm。　　过热器管在高温、应力及腐蚀介质作用下长期工作，管子外壁受高温烟气的冲刷腐蚀，产生烟气腐蚀，内部受流动过热蒸汽温度和压力的作用，产生蒸汽腐蚀，或称高温氧化腐蚀，其反应过程如下：
　　3Fe+4H₂O→Fe₃O₄+4H₂↑

(1)

　　Fe₃O₄+Fe→4FeO

(2)

　　3FeO+H₂O→Fe₃O₄+H₂↑

(3)

　　高温过热蒸汽发生(1)～(3)式的循环氧化过程，随着氧化腐蚀层的加厚，显著地影响管壁的传热性能，降低管子的热效率，同时使管壁温度升高，进一步加速氧腐蚀，引起管材过热及过早老化，强度降低，直至管壁厚度减薄到不能承受管内压力时，即发生爆管。
　　(3) 因氧化层与母材的膨胀系数不同，且脆性大，在锅炉启停频繁时，易使氧化层脱落，沉积在管内下部，增加蒸汽流动的阻力，甚至阻塞，破坏正常的热循环而引起管壁温度升高，加速组织的球化过程，使基体中合金元素贫化，造成管材的耐热性能和热强性能降低，而产生爆管。