圖 1 爆裂管道宏觀形貌
分享：過熱器管道爆裂原因
過熱器是鍋爐中的重要部件,其主要作用是將飽和蒸汽加熱成具有一定溫度的過熱蒸汽,從而提升蒸汽作功能力,提高電廠的熱循環(huán)效率[1–2]。某單位二次過熱器蛇形管材料為12Cr2MoWVTiB鋼,規(guī)格為32 mm×4.5 mm（外徑×壁厚）,管道安裝于鍋爐上,外部介質(zhì)為鍋爐煙氣,內(nèi)部介質(zhì)為過熱蒸汽,在使用2個(gè)月后,鍋爐二次過熱器發(fā)生爆管現(xiàn)象。筆者采用一系列理化檢驗(yàn)方法分析了管道爆裂的原因,以防止該類問題再次發(fā)生。
1. 理化檢驗(yàn)
1.1 宏觀觀察
對(duì)爆裂管道進(jìn)行宏觀觀察,管道爆口向兩側(cè)張開,存在明顯塑性變形,說(shuō)明管道是在較大的內(nèi)部壓力作用下爆裂的,爆裂時(shí)的反作用力使管道向反方向彎曲；管道外壁可見大片表皮剝落,管道宏觀形貌如圖1所示。在管道爆口處的剖面截取試樣,無(wú)明顯減薄處的管壁厚度為4.34 mm,明顯減薄處的管壁厚度為1.26 mm,管道爆口剖面宏觀形貌如圖2所示。
圖 2 管道爆口剖面宏觀形貌
從宏觀形貌來(lái)看,管道外壁因腐蝕而出現(xiàn)局部明顯減薄現(xiàn)象,在管道內(nèi)部壓力的作用下,管道發(fā)生一次性爆裂現(xiàn)象。
1.2 化學(xué)成分分析
采用直讀光譜儀對(duì)管道進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果如表1所示。由表1可知：管道材料元素含量均符合GB/T 5310—2017《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》對(duì)12Cr2MoWVTiB鋼的要求。
Table 1. 管道材料的化學(xué)成分分析結(jié)果
| 項(xiàng)目 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù) | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | V | Ti | B | W | |
| 實(shí)測(cè)值 | 0.12 | 0.50 | 0.52 | 0.008 | 0.002 | 1.66 | 0.52 | 0.32 | 0.12 | 0.002 | 0.38 |
| 標(biāo)準(zhǔn)值 | 0.08~0.15 | 0.45~0.75 | 0.45~0.65 | ≤0.025 | ≤0.015 | 1.60~2.10 | 0.50~0.65 | 0.28~0.42 | 0.08~0.18 | 0.002~0.008 | 0.30~0.55 |
1.3 X射線衍射分析
從管道外壁刮下表皮剝落層,將剝落層磨碎后置于X射線衍射儀下進(jìn)行物相分析,結(jié)果如圖3所示。由圖3可知：管道外壁異物的主要成分為Fe2O3,說(shuō)明管道外壁在高溫?zé)煔獾淖饔孟掳l(fā)生了氧化腐蝕,形成的氧化物剝落,導(dǎo)致管壁發(fā)生減薄現(xiàn)象。
圖 3 XRD分析結(jié)果
1.4 掃描電鏡(SEM)和能譜分析
在斷口上截取試樣,將試樣清洗后置于掃描電子顯微鏡下觀察,并對(duì)異物進(jìn)行能譜分析,斷口處SEM形貌及異物能譜分析結(jié)果如圖4所示。由圖4可知：斷口處氧化腐蝕嚴(yán)重,無(wú)法觀察原始斷口的形貌,能譜分析結(jié)果顯示斷口處含有磷、氯等腐蝕性元素。
圖 4 鋼管斷口處SEM形貌及異物處能譜分析結(jié)果
在斷口剖面截取并制備金相試樣,將試樣鑲嵌、磨拋并置于掃描電子顯微鏡下觀察,結(jié)果如圖5所示。由圖5可知：剖面處外壁有氧化腐蝕產(chǎn)物,其他區(qū)域外壁覆蓋了厚重的氧化腐蝕產(chǎn)物,經(jīng)能譜分析可檢測(cè)到較高含量的硫元素,以及磷等腐蝕性元素,能譜分析結(jié)果如圖6~7所示。
圖 5 鋼管爆裂處剖面SEM形貌
圖 6 剖面試樣能譜分析結(jié)果
圖 7 剖面試樣能譜分析結(jié)果
1.5 金相檢驗(yàn)
將剖面金相試樣腐蝕后置于光學(xué)顯微鏡下觀察,結(jié)果如圖8所示。由圖8可知：試樣材料顯微組織為鐵素體+珠光體。
圖 8 試樣材料顯微組織形貌
2. 綜合分析
送檢管道的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。管道爆裂處斷口向兩側(cè)張開,存在明顯塑性變形,管道外壁可見大片表皮剝落,導(dǎo)致管壁明顯減薄,其厚度為1.26 mm,分析認(rèn)為管道外壁因腐蝕而發(fā)生局部明顯減薄現(xiàn)象,在管道內(nèi)部壓力的作用下,管道發(fā)生一次性斷裂現(xiàn)象。管道外壁異物的主要成分為Fe2O3,說(shuō)明管道外壁在高溫?zé)煔獾淖饔孟掳l(fā)生了氧化腐蝕,形成了氧化物類的腐蝕產(chǎn)物,在煙氣的沖刷作用下腐蝕產(chǎn)物剝落,導(dǎo)致管壁減薄[3]。
3. 結(jié)論
管道外部介質(zhì)中硫、磷、氯等腐蝕性元素含量較高,導(dǎo)致管道外壁發(fā)生氧化腐蝕現(xiàn)象,管道在煙氣的沖刷作用下減薄,導(dǎo)致管壁承載能力下降,最終管道減薄較嚴(yán)重區(qū)域在內(nèi)部蒸汽壓力的作用下發(fā)生一次性爆裂現(xiàn)象。
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