（内蒙古电力工程技术研究院 内蒙古呼和浩特 010020）
摘要：我国电力工业快速发展的同时也面临着许多发展前进道路上无法回避的问题。本文以国内火力电站多年运行中出现的实际问题为基础，归纳总结了受热面管比较常见的一些失效形式，为采取针对性的措施提供帮助。希望在机组精准检修的发展趋势下为专项的受热面管防磨防爆工作带来借鉴。
关键词：锅炉；受热面管；失效形式；防磨防爆
我国电力行业随着国民经济高速发展的大潮，得到了快速充分的发展。全国范围内相继出现了300MW、600MW机组，甚至还有1000MW以上的超超临界机组。机组的运行参数不断提高，令其使用的金属材料面对着更加严苛的工作环境。
在火力电站中锅炉的受热面管工作环境最为复杂恶劣，最容易出现问题。火力电站事故70%发生在锅炉，而锅炉事故60%～70%发生在受热面。受热面管失效随着服役时间增加有逐年上升的趋势。本文归纳总结了受热面管常见的几种失效形式，为做好锅炉受热面管防磨防爆工作提供帮助。
1、长期过热
长期过热是指管子长期工作在设计温度之上，但低于金属材料使用上限温度，超温的幅度不大但是时间较长。金属材料内部发生了高温蠕变，在高温恒定应力环境下，发生缓慢但又连续的塑性变形。。蠕变发生后使钢材的组织缓慢发生变化，导致钢的抗拉强度和屈服强度降低，韧性下降，脆性增加[1]，蠕变极限和持久强度均下降，使材质老化，寿命缩短。
一般情况下碳素钢超过300℃，合金钢超过400℃，就会出现蠕变。以电站常见的珠光体耐热钢12Cr1MoV为例，正常金相组织为铁素体+片状珠光体，在长期的高温高压运行中，珠光体组织中的片状碳化物逐渐球化，并且在晶界处聚集长大。根据DL773标准，珠光体球化分为五级，随着分级的增加材料组织老化加剧，高温力学性能下降。当珠光体球化达到五级时，组织严重老化，已经不能保证管子的安全运行，必须立即更换。当温度越高，压力越大，老化的速度就越快，性能下降也就越明显，运行中爆管的可能性就越高。
长期过热导致的爆管具有许多明显的宏观特征，如爆口呈现脆性断裂特征，爆口较小，边缘粗糙而平整，整个爆口的开张程度不大。爆口外壁可能存在氧化皮，爆口内外壁附近有纵向裂纹。微观特征为组织老化严重，珠光体钢有明显的珠光体球化，可达4～5级。
2、短时超温
短时超温是指由于某种原因，比如说堵管、结垢、局部热负荷高等原因，造成管子局部区域的汽水循环条件急剧恶化，热量无法被介质带走，使管子温度迅速上升。材料内部形成了强度相对较低的奥氏体相，使其整体力学性能下降。管子的屈服强度降低，承受不住管子内部介质的压力，使管子产生塑性变形，管壁厚度减小，整体强度进一步降低，最终导致爆管事故发生。
管子短时超温使壁温迅速升高至金属的相变转变温度以上，稳定的组织发生了相变，转变为奥氏体相[2]。而奥氏体相的力学性能较差，无法承受来自管内介质的压力，首先在管子温度最高的向火侧发生塑性变形，管径胀粗，管壁减薄，随后发生剪切断裂而爆管。
短时超温爆管的宏观特征为：管径有明显的胀粗，变形明显，管壁减薄量大，管子的爆口呈喇叭状张开，越到爆口边缘管壁减薄量越大，最后边缘锋利，表面光滑且附近没有裂纹，具有明显的韧性断裂特征，爆口附近硬度显著提高。爆管的微观特征，由于在爆管发生后爆口附近的金属经过管内喷出介质的冷却作用发生了相变，由奥氏体相转变为马氏体相，导致硬度的增加，而远离爆口周围的组织没有发生明显相变，还为铁素体+珠光体组织，硬度也无明显变化。
3、疲劳损伤
疲劳损伤主要有：热疲劳、机械疲劳等，虽然都是疲劳破坏但是两者产生机理各不相同。热疲劳是管子的局部区域出现了温度的交替变化，使管子受到了热交变应力的作用，在管子热应力较大且应力集中区域出现断裂。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆爆口宏观上有大量裂纹，形貌为横向裂纹或者网状裂纹。微观特征为穿晶型断裂，也有沿晶型断裂。
机械疲劳是由于在管子运行中热膨胀或振动受到阻碍，使其承受交变应力而产生的疲劳破坏，裂纹一般发生在管子的外表面，表现为穿晶型，破口边缘不减薄，爆口沿着管子横断面开裂。另外铁素体钢和奥氏体不锈钢的异种钢焊接接头，因机组启停时的交变应力或炉管内介质波动引起的振动应力等也可以产生机械疲劳损伤。
4、磨损损伤
磨损问题也是造成受热面爆管的一种常见形式。主要包括机械磨损和飞灰磨损等。
机械磨损指的是受热面管之间以及管子与定位卡块、管排与夹持管之间等部件之间的磨损，这种磨损十分普遍，由于运行中管排之间膨胀、晃动的方向、幅度、频率不一致，它们相互贴近的部位就很容易发生磨损，并且磨损速度很快，3到4年即可磨损2至3mm，造成受热面管子因管壁强度不够而爆管。
飞灰磨损是指煤粉在炉膛内燃烧后形成的细小固态灰粒，它们随着烟气的运动以一定的速度流过受热面，每一颗灰粒经过受热面管就相当于一次切削过程，机组长期运行下飞灰磨损的效果就是十分明显的。管壁因磨损变薄，使强度降低导致爆管。
5、蒸汽侧腐蚀损伤
蒸汽侧腐蚀发生在管子内部，是由于内部介质原因造成。发生腐蚀的物质不同使损伤有不同的分类，主要有：氢腐蚀、氧腐蚀和奥氏体不锈钢晶间腐蚀等。
氢腐蚀是指化学制水品质没有得到保证，使炉水呈现酸性，炉水中的氢离子在高温作用下与钢中的渗碳体发生化学反应生成了甲烷，甲烷在钢中产生了巨大的压力导致爆管。氢腐蚀的爆口无明显减薄痕迹，爆口边缘粗钝，周围没有塑性变形和胀粗，具有脆性断裂特征。微观上看主裂纹两侧有脱碳现象，珠光体减少或者消失。
氧腐蚀指的是由于炉水中氧含量超标，发生Fe-2e→Fe2+，O+H2O+2e→碱性离子的反应，管子内壁产生点状的腐蚀坑。腐蚀效果不断叠加最终造成管壁减薄。氧腐蚀多发生在省煤器和省煤器联箱处。
奥氏体不锈钢的晶间腐蚀：奥氏体不锈钢中C的溶解能力较低，只有经过固溶处理才能使C固溶进奥氏体，但是在450～850℃时奥氏体晶界处的晶格不完整，这促使C向晶界处扩散与Cr形成Cr23C6。由于Cr的扩散速度远远小于C的速度，所以在晶界处Cr得不到补充造成晶界处的贫Cr区。当晶界处Cr≤11.7%时，晶界就丧失了抗腐蚀的能力，造成了晶间腐蚀[3]。这种现象在650℃最为严重，所以对奥氏体不锈钢进行热处理时一定要在敏化区间加热或者冷却速度要快。
6、烟气侧腐蚀损伤
烟气侧的腐蚀主要包括高温腐蚀和低温腐蚀。
高温腐蚀是指锅炉燃料中含有V2O5、Na2O，SO3等低熔点氧化物，这些氧化物在高温条件下与管子发生反应产生新的氧化物，与原氧化物又进一步反应生成了结构松散的钒酸盐等。高温腐蚀在过热器、再热器、水冷壁中均有可能发生，腐蚀表面多为坑穴状。
低温腐蚀是指烟气在逐渐冷却过程中，硫酸蒸汽比水蒸汽先液化，附着在低于酸露点的金属管壁上，由于液态硫酸的蒸发温度高于液态水的蒸发温度，这样就促进了硫酸溶液的浓缩，加剧了受热面的酸腐蚀。低温腐蚀的爆口附近有凹凸不平的腐蚀区、呈拉裂状。金相组织无明显变化，断口处晶粒拉长，表现为韧性断裂。
7、结语
我国电力工业的深入改革以及发电技术的快速发展，我们也将会面临发达国家在发展中所遇到的问题，检修投入的资金在减少，对受热面管的维护也会进行精准检修。所以减少“四管”爆漏要坚持预防为主的方针，坚持设备的全过程管理。只有对“四管”失效形式有深刻了解，重视爆管原因的分析，减少重复性爆管发生的概率，尤其要注意正确区分不同机理，采取针对性措施。从而以相对较少的人力、物力和时间投入，达到应检则检、检必有果的效果。提高火电机组的可利用小时数，最终增强火电机组的效益。
参考文献：
[1]莫耀伟.1000MW超超临界燃煤机组锅炉爆管原因分析[J].华东电力，2008,36（2）：16～20.
[2]王莹，吴少华，秦裕琨，李长志，谢海龙.大型电站锅炉过热器爆管原因综述及对策[J].中国电力，1998,31（10）：26～29.
[3]吕玉坤，王建，卢权，张健，康乐嘉.电厂锅炉高温再热器爆管原因分析与对策[J].锅炉技术，2008,39（4）：58～61.
论文作者:孔祥明
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/17
标签：奥氏体论文; 珠光体论文; 磨损论文; 发生论文; 管壁论文; 锅炉论文; 裂纹论文; 《电力设备》2016年第22期论文;