Page 84 - 理化检验-物理分册2021年第八期

李荣之, 等: 锅炉水冷壁过热管穿孔失效原因

550 ℃ 时, 珠光体组织将发生球化, 显微组织为铁素 高温及氧化腐蚀作用, 过热管的珠光体组织发生明
体 + 细粒 状 球 化 珠 光 体, 如 果 管 壁 温 度 长 期 处 于 显球化, 局部完全球化, 沿晶界存在较多游离渗碳
600~700 ℃ , 显微组织中将出现沿晶分布的颗粒状 体, 显微组织的恶化使过热管的强度和力学性能下

和片状游离渗碳体。失效过热管的显微组织中发现 降; 被腐蚀减薄的过热管在管内压力作用下膨胀变
晶粒明显粗化, 珠光体明显球化, 且沿晶存在较多的 形, 最终导致过热管穿孔失效。
颗粒状和片状游离渗碳体, 从这一点可以确定该批 建议在锅炉运行时, 加强水冷壁过热管的现场

20G 钢锅炉水冷壁过热管长期处于450℃ 以上的高 监测和风险排查, 对管壁温度进行在线监控, 适时对
温过 热 状 态, 局 部 区 域 的 管 壁 温 度 达 到 或 超 过 过热管外形尺寸进行测量, 当发现过热管外径胀粗

[ 6-7 ]
600 ℃ 。 率超过规定值时应及时进行修复或更换。同时及时
锅炉水冷壁过热管的管壁是炉内高温介质与管 对过热管表面积灰和管内沉积物进行清理, 避免热
内介质的热交换界面, 其一方面吸收炉膛中高温火 交换受阻使管壁温度超高而导致过热管组织性能恶
焰或烟气的辐射热量, 使管壁温度很快上升, 但同时 化和氧化腐蚀, 控制和减少穿孔失效风险。
又通过内部流动的水或蒸汽及时带走热量, 使管壁
参考文献:
温度及时降低而不至于升至过高, 始终使管壁处于

安全的工作温度范围内, 以确保锅炉水冷壁的长期 [ 1 ] 张晋坤, 苏辉, 刘明 武 .20G 钢 珠 光 体 球 化 过 程 的 分

正常运行。如果炉内烟气温度较高, 同时在水冷壁 析[ J ] . 热加工工艺, 2015 , 44 ( 18 ): 71-74.

过热管表面积灰和内壁水垢等沉积物较厚 的情况 [ 2 ] 李邓月, 孙合辉, 张国福 . 由 20 号锅炉钢的球化程度

下, 过热管内冷却介质不能及时带走热量以充分冷 估算焦炭塔寿命[ J ] . 炼油技术与工程, 2006 , 36 ( 7 ):
却水冷壁, 未能充分平衡热能, 将致使水冷壁温度上 35-37.
[ 3 ] 崔忠析, 覃耀春 . 金属学与热处理[ M ] . 北京: 机械工
升, 造成过热管管壁长期承受高温及氧化腐蚀作用。
业出版社, 2007.
生产实践表明, 20G 钢管经过长期高温作用, 显微组
[ 4 ] 刘明武, 苏辉, 张晋坤 .15CrMo钢珠光体球化对性能
织恶化, 将导致其室温强度、 高温强度、 持久寿命及
的影响[ J ] . 金属热处理, 2015 , 40 ( 6 ): 41-44.
硬度等力学性能降低, 随着管壁承受温度的上升, 特 [ 5 ] 谭莹, 曹 标, 陈 明 .过 热 器 20G 钢 管 爆 裂 原 因 分 析

别是当碳化物扩散分布到铁素体晶界沿晶形成游离 [ J ] . 金属热处理, 2009 , 34 ( 9 ): 105-107.

渗碳体, 达到完全球化程度后, 强度和韧性会急剧下 [ 6 ] 赵秋洪, 姜斌, 王佳美 .热电厂用 20G 珠光体钢的球

降, 钢管金属已不再具有原来的强度, 此时在管内高 化机理及 寿 命 预 测 [ J ] .金 属 热 处 理, 2016 , 41 ( 9 ):
压蒸汽工作压力作用下, 钢管将发生塑性变形, 同时 161-167.

钢管管壁在高温作用下受到更快更严重的氧化腐蚀 [ 7 ] 余永宁 . 金属学 原 理 [ M ] .北 京: 冶 金 工 业 出 版 社,
而被逐渐减薄, 过热管在高温与压力的双重作用下 2000.
[ 8 ] 潘金平, 潘柏定, 程 宏 辉 .20G 硬 度 与 球 化 关 系 研 究
管径逐渐膨胀, 壁厚逐渐减薄, 出现膨胀鼓包变形现
及寿命评 估 新 方 法 [ J ] .材 料 热 处 理 技 术, 2012 , 12
象, 最终导致过热管的穿孔失效 [ 8-10 ] 。
( 1 ): 144-148.

3 结论及建议 [ 9 ] 谭云松 . 锅炉过热器爆管原因探讨[ J ] .电站系统工
程, 2005 , 21 ( 2 ): 42-43.

失效过热管长期处于 450 ℃ 以上的高温状态, [ 10 ] 徐文华 . 工业锅炉过 热 器 常 见 爆 管 原 因 分 析 及 处 理
局部区域管壁温度达到 600 ℃ , 使过热管长期承受 方法探讨[ J ] . 工业锅炉, 2005 ( 5 ): 40-42.

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