省煤器管爆裂原因及应对策略

黎子锋

（广州恒运企业集团股份有限公司，广东广州 530730）

1 简介

广州恒运电厂现有2 台东方锅炉厂制造的超高压、中间再热、全悬吊、平衡通风、自然循环、固态排渣锅炉。省煤器为尾部竖井双侧布置，其受热面分别布置在（二级）低温过热器和低温再热器之后下部烟道内。省煤器管排采用顺列，逆流布置，两圈并绕，竖井烟道两侧装有16 台长伸缩式、4 台长枪式蒸汽吹灰器，使锅炉运行过程中保持受热面清洁。锅炉运行10 几年来情况良好，但在2016年运行过程中省煤器管出现爆管现象，严重影响锅炉正常运行，为了解省煤器管爆裂泄漏原因，对爆裂省煤器管进行分析，以进一步采取预防改进措施，避免同类事件发生，保障锅炉安全运行。

2 锅炉参数（表1）

表1 锅炉参数

3 理化检验

3.1 宏观观察

省煤器管爆裂口的宏观形貌如图1，爆口紧邻省煤器管鳍片角焊缝焊趾，爆口长约30 mm，最大开口约6 mm。沿最大爆口部位A-A 截面切割爆口部位，可见管内壁光滑，未见明显腐蚀痕迹，母材侧爆口减薄严重，剩余壁厚约0.8 mm，爆裂口前沿有45°剪切唇，呈撕裂状，具有明显塑性开裂特征，见图1b。沿B-B 截面切割爆口裂纹尖端前沿，可见毗邻爆口位置的管材外表面圆弧已被削至平面状，壁厚减薄严重（剩余壁厚约1 mm），见图1c。

3.2 化学成分分析

对爆裂省煤器管③位置取样进行化学成分分析，结果表明省煤器管的化学成分符合20G 规定（表2）。

3.3 拉伸试验

在省煤器管爆口两侧分别取样进行室温拉伸试验，见图2。结果表明省煤器管的抗拉强度、下屈服强度以及断后伸长率等均符合20G 规定（表3）。

3.4 硬度测试

图1 省煤器管爆口宏观形貌

表2 省煤器管化学成分分析结果（质量分数%）

对省煤器管最大爆口部位A-A 横截面进行硬度测试，测试位置见图3，每个测点间隔＞1 mm，结果表明爆裂省煤器管硬度测试结果基本符合有关规定（毗邻爆口前沿位置的硬度稍高，可认为是形变硬化造成的）（表3）。

3.5 金相检验

为了解省煤器爆口处显微组织变化情况，对省煤器管最大爆口部位A-A 横截面进行金相检验。结果显示该横截面的显微组织均为铁素体+珠光体，珠光体片层结构清晰可辨，爆口前沿可见纤维状组织（图4）。

3.6 扫描电镜形貌分析

对裂口①、②位置进行形貌观察，结果显示爆口表面有明显的冲刷痕迹，见图5a，且冲刷方向收敛于鳍片上方，见图5b。

4 剩余壁厚强度校核

按 照 GB/T 16507.4—2013《水 管锅炉 第4 部分：受压元件强度计算》对省煤器管冲刷减薄部位进行强度校核计算。相关参数：省煤器管外径D0＝32 mm，校核部位减弱系数Φmin=1（直管），按省煤器计算压力P=16.15 MPa、计算温度tc＝296 ℃，许用应力［σ］=114 MPa。计算结果为

图2 省煤器管力学性能试验取样

表3 省煤器管力学性能情况

省煤器管的剩余壁厚0.8 mm＜计算厚度（2.12 mm），不能满足设计强度要求。

5 原因分析

（1）省煤器管的化学成分分析、拉伸试验及硬度测试结果表明，材质合格。

（2）省煤器管爆口处金相检验表明，此区域的金相组织均为铁素体+珠光体，珠光体片层状结构清晰可辨，材质并未发生劣化。

图3 硬度测试部位示意

表3 省煤器管A-A 横截面的硬度测试结果

图4 省煤器管爆口处显微组织

图5 省煤器管爆口扫描电镜形貌

（3）爆口表面形貌观察可知，省煤器管发生爆裂前，其表面曾受到某物质冲刷，且冲刷方向来自于鳍片上方。

（4）剩余壁厚强度校核可知，管壁的剩余壁厚（0.8 mm）小于省煤器计算厚度（2.12 mm），省煤器管在内部介质工作压力作用下发生爆裂。

6 结论

省煤器管爆裂是由于管壁受到外物冲刷减薄，当剩余壁厚不能满足设计强度要求时，在省煤器管内部介质工作压力作用下发生爆裂泄漏。为避免此类失效事件再次发生，采取以下措施：

（1）综合考虑吹灰效果和安全2 个因素，适当调小吹灰器角阀的喷汽角度，对于经常出现吹损减薄现象的区域安装防磨护板。

（2）对省煤器管束与吹灰器间距小、容易冲刷管排的区域添加堵板，禁止吹灰。

（3）考虑设备运行状态的不确定性，为避免设备运行故障、吹灰器卡涩时致使受热面吹损的情况发生，根据自身运行管理特点，制定规范化、合理化的吹灰器运行规范。

（4）通过上述措施，省煤器运行2 年多来未发现有类次爆管现象。