低压工业锅炉过热器爆管分析

李卫超，张坤，韩健雄

（广西壮族自治区特种设备检验研究院，广西 南宁 530000）

某糖厂锅炉型号为SHS35(45)-2.5/400-GA，由广西某锅炉厂于2002年7月生产，2018年7月更换了全部过热器管蛇形管，材质为20号钢（GB3087）。该厂于2018年12月2日开始榨甘蔗制糖，2019年1月7日过热器右起第28排管发生第一次爆管，爆口位于过热器管后起第一排、距离弯头约700mm处，2019年1月25日过热器右起第16排后起第1根管再次发生爆管，爆口位于弯头往上1000mm处，在以后生产过程中未发生爆管事故，使用单位将爆管送到我单位进行分析。

1 分析

1.1 宏观形貌

宏观形貌见图1～6，图1、2为管子原始形貌，管子迎风面外表面明显结渣；图3～6为管子打磨除渣后形貌，由此可见管子迎风面存在较厚的黑色氧化皮，管子爆口位于迎风面且无明显胀粗和变形，爆口开口不大，爆口的断裂面粗糙，不平整，破口边缘呈钝边，并不锋利，爆口无明显变形减薄，爆口外表面有一层较厚的氧化层，这些氧化层较脆，部分已剥落。

图1 管子迎风面局部原始形貌

图2 管子迎风面爆口处原始形貌

图3 迎风面除渣后局部形貌

1.2 化学成分分析

通过OBLF火花直读光谱仪对爆管的管子进行化学成分分析，试验结果详见表1，查阅GB3087-2018《低中压锅炉用无缝钢管》和GB/T 699-2015 《优质碳素结构钢》，管材化学成分满足国家标准要求。

图4 迎风面除渣后爆口形貌

图5 迎风面除渣后局部形貌

图6 爆口放大图

表1 管子化学成分

1.3 拉伸试验分析

对爆口附近管子按照GB/T228.1-2010《金属材料 拉伸试验第1部分：室温试验方法》取样进行拉伸试验，试验结果如表2，结果低于标准要求。

表2 管子拉伸试验

1.4 金相组织分析

在管子爆口附近取样进行金相组织分析见图7、图8，按照DL/T 674-1999《火电厂用20号钢珠光体球化评级标准》进行评级，迎风面爆口处金相组织球化5级，迎风面距离爆口600mm处金相组织球化4级。

管子母材材质为20钢（按GB3087制造），原始金相组织为铁素体和珠光体，图7、8中管子的金相组织为铁素体和碳化物，珠光体已分散消失，晶粒内部仅处在少量的碳化物，大部分碳化物分布在晶界上，并且已聚集呈球状，金相组织具有明显珠光体球化的形态，

图7 迎风面爆口处金相组织 500倍

图8 迎风面距爆口600mm处金相组织 500倍

1.5 管子内壁附着物分析

对管子内壁附着物进行能谱分析结果如表3，由各元素的比例可知附着物主要成份为铁氧化物，Na、K元素的重量百分占比很小，说明取样位置处盐垢量比较少。

表3 附着物元素分析

2 试验结果

通过对管子的化学成分分析表明过热器管材质符合国家标准要求，爆口管子附近内壁附着物主要成份为铁氧化物，表明管子不存在积盐积垢现象。爆口的宏观形貌具有长时过热引起爆破的特征，金相组织分析结果为珠光体严重球化，导致材料性能下降，力学性能试验显示材料的强度低于标准要求。

3 结论

综合以上情况分析，可以判定该台锅炉过热器管子爆管是由于管内异物堵塞导致管内有效截面减少，蒸汽流动阻力增大，相应流速降低，不能有效的热交换，导致管壁温度长期超过允许运行温度后，导致管子金相组织劣化，管子强度下降，最后发生爆管。

4 建议

过热器管更换维修时施工单位应严格遵守GB 50273-2009《锅炉安装工程施工及验收规范》的要求对管子进行通球试验，保证管子内部不残留异物，避免设备运行发生故障。