锅炉水冷壁管开裂失效分析

2018-03-12韩成树夏明六

山东化工 2018年2期

韩成树，夏明六

(铜陵市特种设备监督检验中心，安徽铜陵 244000)

1 引言

水冷壁管是电站锅炉的主要组成部分之一[1-2]，水冷壁的工作条件苛刻，发生失效会影响锅炉安全运行，造成经济损失，水冷壁管的安全服役受到学者的广泛关注[3-4]。某电站锅炉的水冷壁管道在使用过程中发生开裂，该管道的材质为20钢，工作压力约为6.5MPa，工作温度约350℃，为了分析水冷壁管道开裂的原因，对上述开裂的水冷壁管进行了失效分析。

2 理化检验及结果

2.1 宏观形貌分析

开裂水冷壁管宏观照片如图1所示，从图1中可以看出，水冷壁管为U型，两侧管子均发生了腐蚀，左侧管子发生膨胀开裂，裂纹沿纵向扩展，说明炉管在使用中存在局部过热膨胀。膨胀处产生较多纵向表面裂纹，背火面炉管表面完好，无任何变形开裂现象，说明管壁外部的温度及受蚀条件不一致。

图1 开裂水冷壁管道宏观照片Fig.1 Macrograph and fracture of water wall tube

2.2 化学成分分析

水冷壁直读光谱化学成分分析结果见表1，从表1中可以看出，水冷壁化学成分符合标准[5]中规定的20钢化学成分要求。

表1 化学成分测试结果 %Table .1 Chemical composition analysis of water wall tube

2.3 金相显微组织分析

裂纹两侧金相显微组织照片如图2所示，从图2中可以看出，裂纹附近有较多微裂纹。腐蚀孔附近的金相显微组织为铁素体+珠光体组织，由于使用中温度过高导致珠光体呈典型的魏氏组织分布。微裂纹内表面两侧有明显脱碳现象，是典型的过烧组织特征，说明水冷壁管裂纹区在运行过程中由于温度过高而发生局部过烧。

图2 金相组织
Fig.2 Metallurgical structure of water wall tube

2.4 SEM微观形貌分析

断口SEM微观形貌照片见图3，从图3中可以看出断口表面平整，但外表面局部有许多圆坑，为受到腐蚀所致。二次裂纹主要沿晶分布，在三叉晶界处尤其明显，说明该裂纹形成的原因为高温蠕变所致，蠕变的裂纹主要为V型裂纹，为晶界滑动所致。清洗腐蚀产物后断口表面主要为冰糖状的沿晶断口，说明断口开裂的主要原因为晶间腐蚀[6]。