图 1 爆裂管道宏观形貌
分享：过热器管道爆裂原因
过热器是锅炉中的重要部件,其主要作用是将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽,从而提升蒸汽作功能力,提高电厂的热循环效率[1–2]。某单位二次过热器蛇形管材料为12Cr2MoWVTiB钢,规格为32 mm×4.5 mm（外径×壁厚）,管道安装于锅炉上,外部介质为锅炉烟气,内部介质为过热蒸汽,在使用2个月后,锅炉二次过热器发生爆管现象。笔者采用一系列理化检验方法分析了管道爆裂的原因,以防止该类问题再次发生。
1. 理化检验
1.1 宏观观察
对爆裂管道进行宏观观察,管道爆口向两侧张开,存在明显塑性变形,说明管道是在较大的内部压力作用下爆裂的,爆裂时的反作用力使管道向反方向弯曲；管道外壁可见大片表皮剥落,管道宏观形貌如图1所示。在管道爆口处的剖面截取试样,无明显减薄处的管壁厚度为4.34 mm,明显减薄处的管壁厚度为1.26 mm,管道爆口剖面宏观形貌如图2所示。
从宏观形貌来看,管道外壁因腐蚀而出现局部明显减薄现象,在管道内部压力的作用下,管道发生一次性爆裂现象。
1.2 化学成分分析
采用直读光谱仪对管道进行化学成分分析,结果如表1所示。由表1可知：管道材料元素含量均符合GB/T 5310—2017《高压锅炉用无缝钢管》对12Cr2MoWVTiB钢的要求。
Table 1. 管道材料的化学成分分析结果
| 项目 | 质量分数 | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | V | Ti | B | W | |
| 实测值 | 0.12 | 0.50 | 0.52 | 0.008 | 0.002 | 1.66 | 0.52 | 0.32 | 0.12 | 0.002 | 0.38 |
| 标准值 | 0.08~0.15 | 0.45~0.75 | 0.45~0.65 | ≤0.025 | ≤0.015 | 1.60~2.10 | 0.50~0.65 | 0.28~0.42 | 0.08~0.18 | 0.002~0.008 | 0.30~0.55 |
1.3 X射线衍射分析
从管道外壁刮下表皮剥落层,将剥落层磨碎后置于X射线衍射仪下进行物相分析,结果如图3所示。由图3可知：管道外壁异物的主要成分为Fe2O3,说明管道外壁在高温烟气的作用下发生了氧化腐蚀,形成的氧化物剥落,导致管壁发生减薄现象。
1.4 扫描电镜(SEM)和能谱分析
在断口上截取试样,将试样清洗后置于扫描电子显微镜下观察,并对异物进行能谱分析,断口处SEM形貌及异物能谱分析结果如图4所示。由图4可知：断口处氧化腐蚀严重,无法观察原始断口的形貌,能谱分析结果显示断口处含有磷、氯等腐蚀性元素。
在断口剖面截取并制备金相试样,将试样镶嵌、磨抛并置于扫描电子显微镜下观察,结果如图5所示。由图5可知：剖面处外壁有氧化腐蚀产物,其他区域外壁覆盖了厚重的氧化腐蚀产物,经能谱分析可检测到较高含量的硫元素,以及磷等腐蚀性元素,能谱分析结果如图6~7所示。
1.5 金相检验
将剖面金相试样腐蚀后置于光学显微镜下观察,结果如图8所示。由图8可知：试样材料显微组织为铁素体+珠光体。
2. 综合分析
送检管道的化学成分符合标准要求。管道爆裂处断口向两侧张开,存在明显塑性变形,管道外壁可见大片表皮剥落,导致管壁明显减薄,其厚度为1.26 mm,分析认为管道外壁因腐蚀而发生局部明显减薄现象,在管道内部压力的作用下,管道发生一次性断裂现象。管道外壁异物的主要成分为Fe2O3,说明管道外壁在高温烟气的作用下发生了氧化腐蚀,形成了氧化物类的腐蚀产物,在烟气的冲刷作用下腐蚀产物剥落,导致管壁减薄[3]。
3. 结论
管道外部介质中硫、磷、氯等腐蚀性元素含量较高,导致管道外壁发生氧化腐蚀现象,管道在烟气的冲刷作用下减薄,导致管壁承载能力下降,最终管道减薄较严重区域在内部蒸汽压力的作用下发生一次性爆裂现象。
文章来源——材料与测试网
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