張庭鈺

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司， 河北 唐山 063200）

某鋼鐵公司130 t/h 中溫中壓燃氣鍋爐高溫省煤器受熱面管管接頭發(fā)生泄漏，泄露點位于爐膛外高溫省煤器出口聯(lián)箱東數(shù)第11 根管管座角焊縫下方5 mm 處，其他位置未發(fā)生泄漏。受熱面管材質(zhì)為20 G，規(guī)格為Φ32 mm×3 mm。查閱鍋爐相關(guān)運行記錄，高溫省煤器自投運以來首次發(fā)生泄露事故，高溫省煤器泄露前鍋爐運行正常。本次因高溫省煤器泄露導(dǎo)致鍋爐停爐。為查找泄露原因，筆者對泄露的高溫省煤器管進行了檢驗和分析，以期杜絕此類事故的再次發(fā)生。

1 宏觀形貌分析

對爆裂失效的管道進行宏觀觀察，在管子內(nèi)壁一側(cè)存在大量點狀腐蝕坑，圖1 為泄漏管內(nèi)壁照片，另一側(cè)較光滑，未見腐蝕坑。圖2 為泄漏管的外壁照片，外壁無腐蝕現(xiàn)象，覆蓋有氧化皮。泄漏管裂紋形變最大的位置（見圖2 方框所示）應(yīng)是萌生位置。圖3 是泄漏管裂紋的內(nèi)壁照片，發(fā)生泄漏一側(cè)的管子內(nèi)壁存在較多的點狀腐蝕坑，裂紋在內(nèi)壁上擴展的長度大于在外壁上擴展的長度，測量腐蝕較嚴重的位置深度約為0.25 mm。

圖1 內(nèi)壁照片

打開泄漏位置后可見斷口上有多處撕裂棱，見圖4，外壁部分位置存在剪切唇。根據(jù)內(nèi)外壁裂紋擴展的長度和剪切唇的位置判斷本次泄漏裂紋萌生于內(nèi)壁蝕坑底部，并在應(yīng)力作用下，向外壁和兩側(cè)擴展。

圖2 外壁照片

圖3 內(nèi)壁腐蝕坑

圖4 斷口照片

2 金相檢驗

在高溫省煤器泄露位置附近沿軸向切取金相試樣進行觀察，下頁圖5、6 和7 分別是發(fā)生泄漏管子角焊縫、熱影響區(qū)和母材的金相組織，角焊縫存在魏氏組織，熱影響區(qū)和母材金相組織為鐵素體加珠光體，無老化現(xiàn)象。下頁圖8 是管子腐蝕坑位置的金相組織，為鐵素體加珠光體，無老化現(xiàn)象。下頁圖9 為裂紋起裂處金相組織，裂紋起始于腐蝕坑底部，穿晶擴展。

3 綜合分析

高溫省煤器泄漏管子的母材金相組織為鐵素體加珠光體，未發(fā)生老化，金相組織正常。泄漏點位于集箱與省煤器管焊接的管座角焊縫附近，此處結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易產(chǎn)生應(yīng)力集中。宏觀形貌分析可知，裂紋萌生于泄漏管腐蝕坑一側(cè)，裂紋在內(nèi)壁上的擴展長度大于再外壁上的擴展長度，且外壁存在剪切唇，判斷裂紋是從內(nèi)壁腐蝕坑底部萌生，并向兩側(cè)及外壁擴展。

圖5 角焊縫金相組織

圖6 角焊縫熱影響區(qū)金相組織

圖7 母材金相組織

圖8 腐蝕坑金相組織

圖9 裂紋起始處金相組織

管座角焊縫附近的管子內(nèi)壁處存在集中分布的腐蝕坑，破壞了母材的連續(xù)性，造成腐蝕坑部位的應(yīng)力集中。而管座角焊縫本身就是結(jié)構(gòu)應(yīng)力復(fù)雜，殘余應(yīng)力高的部位。當(dāng)應(yīng)力集中超過局部位置的屈服極限后，就會產(chǎn)生裂紋萌生，并進一步形成裂紋擴展，減少管子的有效承載面積。當(dāng)管子的有效承載面積不能承受內(nèi)壓、自重等作用力時，就在橫截面上發(fā)生失穩(wěn)擴展，形成剪切斷裂，造成泄漏。

查詢前期鍋爐運行記錄及現(xiàn)場實地勘察，發(fā)現(xiàn)前期高溫省煤器泄漏處理的4 根管道在爐膛內(nèi)已燒損、脫落，留下的空位形成“煙氣走廊”，造成煙道內(nèi)氣流分布不均，產(chǎn)生紊流。煙氣集中流入“煙氣走廊”內(nèi)，對附近的管道表面腐蝕、沖刷嚴重；同時，“煙氣走廊”內(nèi)流速快，傳熱量增大、管道內(nèi)部沸騰度提高，導(dǎo)致臨近三根管道受熱不均。部分省煤器管夾與固定橫梁間開焊，造成管夾與省煤器管段共振磨損，壁厚減薄，承壓能力降低，高壓波動時瞬間崩裂。

所以燃氣鍋爐高溫省煤器管泄漏是由于高溫省煤器內(nèi)管道受熱不均、振動較大，導(dǎo)致高溫省煤器管出現(xiàn)裂紋，裂紋在內(nèi)壁腐蝕坑底部萌生并擴展，在復(fù)雜的應(yīng)力作用下最終失穩(wěn)斷裂造成的。

4 結(jié)論與防范措施

燃氣鍋爐高溫省煤器管泄漏主要是由于高溫省煤器內(nèi)管道存在“煙氣走廊”導(dǎo)致管道受熱不均、振動較大，從而出現(xiàn)裂紋，裂紋在內(nèi)壁腐蝕坑底部萌生并擴展，在復(fù)雜的應(yīng)力作用下最終失穩(wěn)斷裂造成的。

為及時發(fā)現(xiàn)鍋爐運行時可能出現(xiàn)的危險缺陷，并避免高溫省煤器泄露及類似事故再次發(fā)生，該公司根據(jù)實際情況采取以下防范措施：

1）利用停爐檢修的機會，對省煤器進行水壓試驗、著色試驗，全面排查隱患，避免再次泄漏。

2）針對設(shè)備存在的缺陷，舉一反三，擴大檢查范圍，對省煤器“煙氣走廊”附近隱患管道進行割管、封堵，避免泄漏重復(fù)發(fā)生。焊接松動管夾，強化管夾與省煤器管道固定連接，降低共振與磨損強度。

3）將狀態(tài)更好的另一臺燃氣鍋爐作為主煤氣調(diào)整用戶，減少事故鍋爐的負荷調(diào)整與燃料摻燒調(diào)整的次數(shù)。

4）結(jié)合鍋爐年修計劃，擇機對燃氣鍋爐高溫省煤器進行更換。

5）在能源平衡允許范圍內(nèi)，保證燃氣鍋爐燃料穩(wěn)定、均衡供應(yīng)。