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13073.81-MX锅炉低温过热器管破裂分析
发布时间：2013-08-20 16:54 来源：未知
某130/3. 81-MX锅炉投入运行约la(年)时间，该锅炉低温过热器20 g管子出现多次爆管现象。20 g钢管规格为∮35 mmX5 mm。低温过热器设计参数：烟气进口温度628℃，烟气出口温度442℃，烟气平均流速7. 49m／s;蒸汽进口温度317℃，蒸汽出口温度382℃，蒸汽平均流速11. 83 m／s；管内蒸汽压力4.2 MPa。笔者为此对爆管原因进行失效分析，富通新能源销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的木屑生物质颗粒燃料。
1、理化检验
1.1化学成分和力学性能
20 g原材料及爆管的化学成分（质量分数）和冲击韧性值见表1。由表1可知，原材料及爆管化学成分符合标准，但爆管样冲击值降低。
1.2宏观形貌
图1显示了爆管的宏观形态，爆口部位有胀大呈腰鼓形。图2显示了管外径胀大到40 mm，管壁最薄处为3.3 mm。图3为爆口断面形态。其断口粗糙，灰黑色有许多黑点，破口边缘钝。且管壁上还存在许多细小轴向裂纹。
1.3微观形貌
在未侵蚀条件下，爆管中石墨形态如图4所示，存在着大小不等的石墨弥散分布。图5显示了爆管显微组织为：铁素体十球状碳化物及大小不等的石墨，且还有晶界裂纹。图6显示了晶界大量的蠕变裂纹及孔洞。图7为石墨的高倍形态和晶界上聚集长大的球状碳化物。
2、分析与讨论
(1)虽然该爆管的化学成分符合标准，但其经过热运行后冲击值大大降低。
(2)根据宏观分析，爆管外径有胀大，爆管内外壁均存在细小的轴向裂纹。而裂纹的微观形态是沿晶界扩展，而这种晶界裂纹的生成是由于管子长期超温过热运行所致。这是因为管壁金属在运行中受管内压力作用产生塑性变形并强化，但在高温下，这种强化的管壁金属发生回复和再结晶使强化消失，然而又在压力作用下再重新塑性变形而强化。如此周而复始使金属产生蠕变，在晶粒间相对滑移就形成了如图6所示的大量晶界蠕变裂纹及蠕变孔洞。
(3)从显微组织分析可知，20 g钢正常的显微组织为铁素体十片状珠光体，而爆管的显微组织已转变为铁素体十碳化物及大小不等的石墨。原片状珠光体已完全球化，并且碳化物已扩散到晶界上聚集长大成球状。而这种组织也是由于长期超温过热运行所致。这种球化机理是由于片状珠光体具有较高的表面能，其在长期高温作用下就有减小表面能的趋势。就是说其有过渡到更稳定，最小表面能的倾向，即谓之球化。在扩散过程中由于晶界上的原子扩散速度较快，因而使碳化物容易扩散到晶界上聚集长大。随着珠光体的严重球化，使管壁金属的力学性能的降低。
(4)爆管组织中存在的许多石墨，也同样是由于长期超温过热运行作用下，20 g钢管显微组织中的渗碳体发生分解。并析出了石墨状的自由碳，这种现象称为石墨化。用化学反应式表示即：Fe3C一3Fe+C(石墨)。由显微组织分析可知，这些石墨弥散分布在管壁组织中，就破坏了管壁金属的连续性，并在周围形成复杂的应力状态。同时使管壁金属处于脆性状态，这也是爆管冲击值下降的主要原因。
3、结论
130/3. 81-MX锅炉低温过热器20 g钢管投入运行后长期超温运行，致使钢管产生石墨化及珠光体组织严重球化。导致了管子力学性能的降低，当不能承受内压力而发生早期爆管失效。建议严格锅炉运行规范防止超温运行。
富通新能源不但生产销售生物质锅炉，而且还大量销售木屑颗粒机压制的木屑颗粒燃料。
