事故背景

    某垃圾發(fā)電廠鍋爐于2015年7月29日投入運(yùn)行，2016年7月23日該鍋爐第一煙道水冷壁管發(fā)生爆管事故。

    爆裂水冷壁管材料為20G鋼，規(guī)格為？64mm×6mm，工作溫度為460℃，爐內(nèi)壓力為6.4MPa，管內(nèi)冷卻水壓力約為7MPa。

    鍋爐運(yùn)行記錄顯示，該部位自投運(yùn)首次發(fā)生爆裂事故，水冷壁管爆裂失效前鍋爐運(yùn)行正常。本次因水冷壁管發(fā)生爆裂失效導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，為查找失效原因，筆者對(duì)爆裂失效的水冷壁管進(jìn)行了檢驗(yàn)和分析，以期杜絕此類事故的再次發(fā)生。

    理化檢驗(yàn)

    1宏觀分析

    對(duì)爆裂失效的管道進(jìn)行宏觀觀察，可見管道的向火側(cè)外壁發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，爆裂位置的形貌如圖1a）所示。爆裂位置位于爐膛內(nèi)靠近彎管約20cm處。爆裂處管體壁厚明顯減薄，最薄處約為0.61mm，如圖1b）所示；外壁腐蝕嚴(yán)重有腐蝕產(chǎn)物形成，附近有一條長約9mm的裂口，如圖1c）所示。在遠(yuǎn)離爆裂位置的背火側(cè)，管道表面有明顯的腐蝕產(chǎn)物形成，內(nèi)、外壁均未見明顯裂紋。

    圖1 爆裂失效水冷壁管的宏觀形貌

    2化學(xué)成分分析

    分別對(duì)新管、爆管附近和遠(yuǎn)離爆管處取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1，可見其化學(xué)成分均符合GB 5310－2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》對(duì)20G鋼成分的要求。

表1 水冷壁管的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

    3金相檢驗(yàn)

    在向火側(cè)爆裂位置附近沿軸向切取金相試樣進(jìn)行觀察，如圖2所示。可見其顯微組織為鐵素體＋珠光體，未見明顯晶界熔化及魏氏體組織，晶粒度為7.5~8.0級(jí)，如圖2a）所示。管體內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)約79μm厚的脫碳層，如圖2b）所示；外壁腐蝕坑深度約213μm，如圖2c）所示；內(nèi)壁腐蝕坑深度約105μm，如圖2d）所示。未發(fā)現(xiàn)珠光體球化及高溫蠕變特征，從而排除管道超溫運(yùn)行的情況。對(duì)其進(jìn)行非金屬夾雜物含量評(píng)定，結(jié)果為：球狀氧化物夾雜D類1.5級(jí)，DS類0.5級(jí)。

圖2 爆裂位置水冷壁管顯微形貌

    在遠(yuǎn)離爆裂位置的背火側(cè)取樣，觀察其顯微組織和脫碳層形貌，如圖3所示。可見背火側(cè)（內(nèi)壁）脫碳層厚度約為40μm，其顯微組織和晶粒度均符合GB 5310－2008的要求。

 圖3 遠(yuǎn)離爆裂位置背火側(cè)水冷壁管顯微組織形貌

    4力學(xué)性能測試

    在靠近爆裂位置的向火側(cè)取縱向試樣進(jìn)行力學(xué)性能測試，并與新管的力學(xué)性能測試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表2，可見其均符合GB 5310－2008的要求。

表2 水冷壁管的力學(xué)性能測試結(jié)果

    分析與討論

    通過以上理化檢驗(yàn)可知，造成水冷壁管爆裂的原因是外壁在高溫?zé)煔獾臎_刷及腐蝕下，金屬與煙氣中的硫以及管壁上沉積的硫酸鹽及氯化物等發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生腐蝕，煙氣中的有害物質(zhì)不斷接觸管體，對(duì)管壁持續(xù)沖刷導(dǎo)致管壁減薄直至強(qiáng)度不足，使得管道在使用過程中爆裂。內(nèi)壓破裂強(qiáng)度計(jì)算公式如下：

    通過計(jì)算，新管64mm×6mm的標(biāo)準(zhǔn)最低屈服強(qiáng)度的抗內(nèi)壓強(qiáng)度為5825.67b·in-2（40.17MPa）。而實(shí)際測量殘余管體最薄處的厚度為0.61mm（0.024in），此時(shí)的抗內(nèi)壓強(qiáng)度為592.44b·in-2（4.08MPa）。

    燃燒室的工作溫度為460℃，管道外壁的接觸溫度為實(shí)際工作溫度，管體的屈服強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的升高而顯著降低。因此，當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)瞬間或者有運(yùn)行波動(dòng)時(shí)，若管體內(nèi)外壓差大于4.08MPa，都將會(huì)在腐蝕最嚴(yán)重區(qū)域發(fā)生管體破裂，造成爆管事故。

    結(jié)論及建議

    高溫?zé)煔夂蜔煔庵兴挠泻ξ镔|(zhì)造成水冷壁管外壁的腐蝕減薄，導(dǎo)致水冷壁管抗內(nèi)壓強(qiáng)度嚴(yán)重降低而發(fā)生破裂。

    建議在日常的運(yùn)行過程中加強(qiáng)對(duì)水冷壁管的監(jiān)測，在停機(jī)維護(hù)期間使用超聲波測厚儀對(duì)管體進(jìn)行檢測，管體的減薄部位要及時(shí)更換，避免爆管事故的再次發(fā)生。

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責(zé)任編輯：王元

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