鍋爐元件的失效與案例

　　評論：　更新日期：2019年02月26日

由于鋼材質量不良，結構不合理，工藝質量較差及運行管理不當等原因，使鍋爐元件某部分強度或塑性儲備不足而產生裂紋，使鍋爐機組不能正常地進行工作，這種現象稱為鍋爐元件的失效。大量的事故表明，鍋爐元件的失效給工業生產帶來了很大的損失，對此必須加以足夠地重視。因此，加強鍋爐元件的冶金、設計、制造和運行中的質量控制，是鍋爐元件安全、可靠地運行的重要保證。但鍋爐元件的失效總是難免的，當失效發生后，如何分析失效的原因，從而吸取教訓并提出改進措施，以防止同類問題的發生，則是使上述技術完善、改進和提高的重要步驟之一。為此，本節主要介紹鍋爐元件判別失效原因的一般規律和具體失效的實例。

一、鍋爐元件可能產生的損壞現象

鍋爐元件是在各種不同條件下進行工作的，特別是承受內壓的元件，在一定溫度、壓力和蒸汽、水及煙氣的作用下長期工作。在元件的工作過程中，會發生各種有害于鋼材性能的現象(表1)，如果鋼的組織和性能受到損傷，從而產生失效。

表1? 鍋爐用鋼在運行中可能產生的損壞現象

元件名稱	可能產生的損壞現象
水冷壁	短時過熱破裂、應變時效，垢下腐蝕、氫損壞、硫腐蝕
鍋筒	熱疲勞、應變時效、苛性脆化、低周疲勞
過熱器管子和集箱、過熱蒸汽管道	短時急劇過熱破裂，長時蠕變破裂、高溫氧化（煙氣腐蝕）、釩腐蝕、蒸汽腐蝕（氫腐蝕）、球化、石墨化，碳化物沿晶界析出、熱脆性
省煤器	氧腐蝕、硫腐蝕、熱疲勞
空氣預熱器	硫腐蝕（露點腐蝕）
固定件吹灰器	高溫氧化、回火脆性、熱脆性、硫腐蝕、釩蝕
緊固件	應力松馳，回火脆性、蠕變脆性、熱脆性
構架	冷脆性

由表1可以看出，鍋爐用鋼在運行中可能產生的損壞可能是一種、兩種或兩種以上的因素所引起的，并且各種因素之間相互影響，這給失效分析帶來一定的困難。因此，在進行元件的失效分析時，必須從冶金、制造(材料質量、冷熱加工變形、熱處理及焊接工況等)、運行(累計時間、超溫、水質、燃燒等)諸方面的情況調查了解入手，并作必要的鑒定試驗，然后進行綜合分析并做出結論。

二、鍋爐元件損壞原因的一般判別方法

(一)鋼材缺陷破裂

??? 1、破壞特征

??? (1)破口斷面及附近殘留原有缺陷跡象，缺陷處常有氧化物存在。

??? (2)破口斷面是鈍的，破口處管子周長變化不大(圖12--1)，因為缺陷造成的應力集中使其損壞，不產生較大的塑性變形。

??? (3)破口的形狀與其它原因造成的損壞有明顯的區別(圖12--2)。由圖可見，裂紋造成的破口形狀呈近似矩形(圖12--2a)；水循環破壞短時過熱造成的破口形狀為桃核形且破口尖銳(圖12--2b)；較短時間蠕變破壞造成的破口形狀呈近似桃核形(圖12—2c)，長時間蠕變破壞為大量小裂紋(圖12--2d)。

(4)裂紋具有穿晶斷裂的特點，是由于在缺陷尖端造成了高的應力集中而引起的。

? 2、? 失效原因

? 鋼材存在原始缺陷(圖6-3)，而在驗收檢查時未超過有關技術標準或驗收檢查不嚴格，導致元件在運行時引起破裂失效。

? 3、判別方法

? 一般作破口的宏觀觀察和測量破口處管子周長，必要時，作舊缺口處的金相分析。

?(二)短時急劇過熱破裂

? 1．失效特征

? (1)破口斷面銳利，破口處管子周長增加很多，因為高溫下塑性較大，損壞時鋼伴隨著較大的塑性變形。

? (2)破口常呈桃核形(圖12--6b)。因為是一點而破裂繼而張開，而不是沿缺陷(一條線)同時破裂。

? (3)破口處的金相組織常是淬硬組織或淬硬組織加鐵素體。這是由于高溫迅速冷卻的緣故，而迅速冷卻則是工質以很高的速度從破口向外噴射，相當于噴射淬火一樣，如果管壁很薄，其淬硬傾向更大。因此，破口處(區域)的硬度明顯高于其它部位(圖6-4)

? (4)管子外壁沒有氧化皮。因為盡管溫度很高(≥800℃)，但在該溫度下運行時間極短就造成破壞，在外壁還來不及形成氧化皮。

? (5)有時由于工質噴射反力，使管子明顯造成彎曲。