0、引言
    某火力發(fā)電廠鍋爐系引進(jìn)羅馬尼亞1100 t/h亞臨界、中間再熱、塔式燃煤直流鍋爐。該鍋爐于1996年3月投產(chǎn)，2008年10月6日Ⅱ級高溫過熱器爆管導(dǎo)致停爐，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間86 434 h。該過熱器管材質(zhì)為14MoCrl0，規(guī)格為咖38x5 mm。高溫過熱器直立于爐膛上部，受熱強(qiáng)度大，為對流式過熱器，順流排列。由于系統(tǒng)負(fù)荷的要求，2002年開始機(jī)組頻繁調(diào)峰。為了保障鍋爐的安全運(yùn)行，防止類似事故的再次發(fā)生，采用宏觀檢驗(yàn)、化學(xué)成分分析、力學(xué)性能試驗(yàn)及金相組織分析等方法對爆管原因進(jìn)行了分析處理，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
1、試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果
    本次試驗(yàn)共割取3根過熱器管樣，分別為：含爆口的爆口管、遠(yuǎn)離爆口的爆破管（與爆口管為同根管子）和Ⅱ級過熱器其他管排的對比管，見圖1。爆口管、爆破管、對比管的試驗(yàn)編號分別為1號、2號、3號。
1.1宏觀檢查
    從宏觀看，3根管樣均有氧化特征。1號爆口管爆口距離對接焊縫15 mm，其宏觀尺寸：長132 mm，寬50 mm。該處特征：爆口粗糙不平整，爆口邊緣無明顯減薄，管子外壁覆蓋著致密的暗紅色氧化皮，內(nèi)壁有致密的黑褐色氧化皮，見圖2。
    初步分析，1號管樣爆口形貌呈現(xiàn)典型的長期過熱爆管特征。爆口的宏觀特征表明，管子失效具有脆性蠕變斷裂的形貌和特征，即由于某種原因（如管子堵塞或水循環(huán)不良等）引起管子局部超溫運(yùn)行，此時(shí)鋼材的強(qiáng)度極低，塑性、韌性很高，瞬間能以比較高的速度使管子爆破。
1.2化學(xué)成分分析
    對過熱器取樣管進(jìn)行了化學(xué)成分分析，分析結(jié)果見表1。分析表1檢測數(shù)據(jù)可知，取樣管的化學(xué)成分均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
1.3力學(xué)性能試驗(yàn)
    取樣管力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可以看到，取樣管的常溫力學(xué)性能均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
1.4金相微觀組織分析
鍋爐受熱面管子是在高溫、應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下長期工作的，當(dāng)管材承受不了其T作狀態(tài)的負(fù)荷時(shí)，就會發(fā)生不同形式的損壞而造成事故[3]�；鹆Πl(fā)電廠鍋爐受熱面管常見事故主要有：長時(shí)超溫爆管、短時(shí)超溫爆管、材質(zhì)不良爆管和腐蝕熱疲勞損壞等，本次爆管屬于長時(shí)超溫爆管。
    材質(zhì)為14MoCrl0的Ⅱ級過熱器管是羅馬尼亞牌號鋼，相當(dāng)于國內(nèi)15CrMo鋼，因此其金相組織的珠光體球化可以參照火電廠用15CrMo鋼珠光體球化評級標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。圖3和圖4中看到爆口處及近爆口處的金相組織為鐵素體+碳化物，碳化物粒子在晶界主要呈鏈狀分布，并且觀察到雙晶界、珠光體形態(tài)完全消失、多處蠕變孔洞以及蠕變裂紋等組織老化的現(xiàn)象。依據(jù)火電廠用15CrMo鋼珠光體球化評級標(biāo)準(zhǔn)判定，爆口處及近爆口處基體的組織為5級球化，屬嚴(yán)重球化。由圖5可見，珠光體區(qū)域完整，層片狀碳化物開始分散，趨于球狀化，晶界有少量碳化物，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)判定為2級球化，屬傾向性球化。由圖6可見珠光體區(qū)域明顯，珠光體中的碳化物呈層片狀，按標(biāo)準(zhǔn)判定為1級球化，屬未球化。
    微觀分析結(jié)果證實(shí)，管子材質(zhì)發(fā)生了嚴(yán)重的老化，合金元素由固溶態(tài)向晶界碳化物轉(zhuǎn)移，晶界上呈鏈狀分布的碳化物進(jìn)一步降低了晶界的結(jié)合力，導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度下降，材質(zhì)的嚴(yán)重老化還降低了鋼的熱強(qiáng)性，促進(jìn)了蠕變孔洞和微裂紋的形成，最終導(dǎo)致高溫脆性斷裂。從爆口的蠕變斷裂特征、力學(xué)性能下降和嚴(yán)重球化，以及出現(xiàn)蠕變孔洞等材質(zhì)老化的現(xiàn)象可知，該過熱器管的實(shí)際服役溫度肯定高于其設(shè)計(jì)使用溫度。但由于在爆口附近沒有觀察到變形晶粒及淬硬組織，所以發(fā)生爆管前的實(shí)際服役溫度低于Ac，相變溫度。
2、綜合分析
    (1)不存在錯(cuò)用鋼材現(xiàn)象。該過熱器管材質(zhì)為14MoCrl0，具有良好的綜合力學(xué)性能和相當(dāng)高的持久強(qiáng)度，抗氧化性能較好，組織穩(wěn)定性較高，完全可以滿足過熱器用鋼要求，成分分析結(jié)果表明不存在錯(cuò)用鋼材的現(xiàn)象。
    (2)爆口外觀形貌屬于長期過熱爆管特征。
    (3)對爆管段及取樣管的力學(xué)性能和顯微組織分析發(fā)現(xiàn)，其力學(xué)性能均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。而爆管處金相顯微組織發(fā)生5級嚴(yán)重球化現(xiàn)象，其余2個(gè)試樣顯微組織分別發(fā)生了2級傾向性球化和1級未球化。
    綜合分析表明，引起管子爆破的直接原因?yàn)楣茏娱L期超溫運(yùn)行，且管壁超溫溫度達(dá)到材質(zhì)的臨界點(diǎn)，使管材的珠光體球化和管子的蠕變均比設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度下的球化和蠕變速度快。而組織的球化又進(jìn)一步加速管子的蠕變，過熱的管子在蠕變過程中產(chǎn)生大量的蠕變孔洞，孔洞長大并相互連通形成晶間微裂紋。在蠕變后期，這些裂紋有可能逐步發(fā)展成大裂紋，形成宏觀軸向裂紋，最終引起爆管。
3、結(jié)論及建議
    通過對爆管進(jìn)行宏觀檢查、化學(xué)成分分析、力學(xué)性能試驗(yàn)和金相分析得出，管子的爆漏是由于長期超溫運(yùn)行造成的，因此建議對鍋爐燃燒與煙溫分布進(jìn)行測試及調(diào)整，避免局部超溫，并加強(qiáng)過熱器管的運(yùn)行監(jiān)督，盡可能減少超溫運(yùn)行的次數(shù)及時(shí)間，從根本上減少爆管的發(fā)生。同時(shí)做好基建、運(yùn)行、檢修全過程的鍋爐壓力容器監(jiān)督，嚴(yán)格執(zhí)行“四管”防爆管理制度，提高檢驗(yàn)和檢修質(zhì)量，提高設(shè)備可靠性，減少鍋爐”四管”爆漏事故的發(fā)生。


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