锅炉炉管爆裂事故的分析

丁 芒

（江苏省特种设备安全监督检验研究院，南京 210003）

经验交流

锅炉炉管爆裂事故的分析

丁 芒

（江苏省特种设备安全监督检验研究院，南京 210003）

采用宏观检验、金相检验及能谱分析等方法对一起炉管爆裂事故的原因进行了分析。结果表明，炉管本身没有质量问题，但炉管在焊接时产生了裂纹，经受长期超温后引起强度下降，焊接裂纹逐步由外向内扩展，最终导致炉管爆裂。

锅炉；炉管爆裂；分析

锅炉在石油、化工、电力等行业应用较为广泛，它是一种直接用火焰加热的设备，受热面内外表面会受到火焰、烟气、灰尘、水与蒸汽等物质的侵蚀、过热而磨损、变形和开裂。锅炉在设计、制造和安装等环节中所遗留的缺陷，在运行过程中可能会影响锅炉的本质安全，酿成事故，甚至发生更大的破坏性爆炸事故而造成人员伤亡、经济损失。

炉管作为锅炉的关键部件之一，爆裂是常见的事故。尽管工程技术人员想方设法预防，但此类事故仍屡发生[1-2]。本文就最近一起某电厂锅炉发生的炉管爆裂事故进行分析，探讨其事故起因并提出预防措施。

1 检验项目与方法

锅炉有2根炉管爆裂，编号为1#、2#，3#炉管未裂。炉管工作压力13.0 MPa，工作温度约为320℃，材料为20#钢，规格为∅60 mm×6.5 mm，炉管内所通介质为水、汽或2者混合物。

分析检验项目：

1)对试样形貌进行宏观检验分析；

2)在1#炉管的裂开部位、炉管头部正火面、背火面及焊接筋板处分别切取金相试样进行金相分析，依次编号为 1-1#、1-2#、1-3#、1-4#；在 2#炉管焊接筋板处切取一块金相试样进行金相分析，编号为2-1#；

3)对3#炉管背火面取样按GB/T 5310—2008标准进行力学性能检测[3]；

4)对炉管内壁残留物进行能谱分析。

2 结果与讨论

2.1 宏观检验

1#、2#炉管开裂形貌如图1和图2所示。1#炉管轴向开裂，裂纹开口较大，开裂位置靠近焊接筋板；而2#炉管周向开裂，裂纹横贯焊接筋板，开裂后的裂纹原始形貌已被人为破坏。

2.2 金相分析与讨论

金相组织检查发现1-1#、1-2#试样外表面（炉管外壁）有过烧现象，分别如图2的a、b所示；1-4#、2-1#焊接筋板试样局部外表面也有过烧现象，如图2的c、d所示；而1-3#试样外表面未发现过烧组织；5件试样内表面（炉管内壁）均有不同程度的氧化现象，无过烧组织，如图3a所示。炉管内部正常组织见图3b。

由图3 a可见，1-1#试样靠外表面一侧组织呈魏氏体组织形态，表明炉管有过热现象，在断口边缘金相组织为焊缝组织，如图4 a所示；2-1#试样焊缝组织有较多的焊接裂纹，如图4 b所示。

2.3 性能检测

1-3#炉管背火面试样力学性能检测数据如表1。

表1 1-3#炉管背火面力学性能数据Tab 1 Mechnical property data of 1-3#furnace back fire surface

由表1结果可知，1-3#炉管背火面力学性能符合GB/T 5310—2008要求。

2.4 能谱分析结果

能谱分析结果显示，炉管内壁残留物含有C、O、Na、Si、Cu、P、Ca 外来元素，未发现腐蚀介质。

2.5 原因分析

炉管力学性能符合GB/T 5310—2008标准要求，说明炉管质量没有问题。

由于表面已严重氧化，因此断口形貌已无法观察。从金相组织来看，炉管向火面外壁有过烧组织，管内壁有氧化现象，炉管实际有效壁厚已经减薄；断裂部位外壁次表面有过热组织，表明炉管局部过热。所以可以判断锅炉的炉管有长期超温现象。

断口处金相组织为焊接组织，炉管断裂在焊缝处，金相组织检查发现焊缝处有焊接裂纹，表明焊接裂纹为裂纹源。

综上所述，炉管加热超温后，炉管组织发生变化，炉管外壁形成过烧及过热组织，内壁氧化，炉管有效厚度下降，强度降低，在管内压力作用下以焊接裂纹为裂纹源，裂纹由外向内扩展，导致了炉管爆裂。

3 结论

炉管焊接时就产生了裂纹，在例行的无损检测中也未发现；运行时长期温度过高，强度下降，焊接裂纹为裂纹源，逐步由外向内扩展，最终导致炉管的爆裂事故。

因此建议在锅炉安装过程中，要加强焊后无损检测，及时发现隐患；锅炉运行过程中，要严格按照操作规程，避免锅炉长时间超温，发现异常情况时及时处理，避免事故发生。

[1]王士能.20 t/h锅炉水冷壁管爆裂原因探讨[J].理化检验:物理分册,2001,37(1):27-29.

[2]吴如庆,杨宇清.SHL10-13A锅炉水冷壁管爆裂原因分析[J].理化检验:物理分册,2000,36(11):513-515.

[3]GB/T 5310—2008高压锅炉用无缝钢管[S].

Analysis on the Causes of Explosion of Boiler Tube

Ding Mang

(Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province，Nanjing 210003)

The causes of explosion of boiler tube were analyzed by macroscopic inspection,metallographic examination and energy spectrum analysis,etc.The results show that there is nothing with the quality of boiler tube itself,and the cracks caused during boiler tubes having been welded undertook high temperature for long time,which made strength decrease.Eventually,the cracks extended from outside to inside,which led to explosion.

boiler;explosion of boiler tube;analysis

X928.3

BDOI10.3969/j.issn.1006-6829.2010.02.019

2010-01-22