锅炉管泄漏原因

沙 菲

(上海材料研究所有限公司, 上海 200437)

某锅炉管安装于2022年1月,运行2个月后,在对其进行日常监控时发现烟气中氢气含量超标,进一步检查发现该锅炉管发生开裂现象。开裂锅炉管的材料为12CrMoVG钢,锅炉管内部介质为200 ℃饱和蒸汽,压力为4.6 MPa,外部介质为450 ℃高温烟气,管道内部有大量尘土。笔者采用一系列理化检验方法分析了锅炉管开裂的原因,以避免该类问题再次发生。

1 理化检验

1.1 宏观观察

开裂锅炉管的宏观形貌如图1所示。由图1可知：锅炉管的外壁和内壁均可见宏观裂纹。

图1 开裂锅炉管的宏观形貌

1.2 化学成分分析

在开裂锅炉管上取样并对试样进行化学成分分析,结果如表1所示。由表1可知：开裂锅炉管的化学成分满足GB/T 5310—2017 《高压锅炉用无缝钢管》对12Cr1MoVG钢的要求。

表1 开裂锅炉管的化学成分分析结果 %

1.3 金相检验

在开裂锅炉管的剖面上截取并制备金相试样,将试样进行腐蚀后,置于光学显微镜下观察,结果如图2所示。由图2可知：试样的显微组织为铁素体+少量珠光体。

图2 开裂锅炉管的微观形貌

1.4 扫描电镜(SEM)及能谱分析

在开裂锅炉管的外壁处取样,对试样进行SEM分析,结果如图3所示。在开裂锅炉管的内壁处取样,对试样进行SEM分析,结果如图4所示。

图3 开裂锅炉管外壁SEM形貌

图4 开裂锅炉管内壁SEM形貌

对金相试样进行SEM分析,结果如图5所示。由图5可知：开裂锅炉管内壁可见树枝状裂纹,裂纹向材料内部伸展,且部分裂纹已穿透壁厚,裂纹内可见腐蚀产物,呈应力腐蚀开裂形貌特征。

对裂纹内的腐蚀产物进行能谱分析,结果如图6所示。由图6可知：腐蚀产物中存在较高含量的腐蚀性元素S和Cl。

2 综合分析

由上述理化检验结果可知：开裂锅炉管的化学成分符合标准要求;开裂处剖面上可见起源于管道内壁的裂纹,裂纹呈树枝状向材料内部伸展,部分裂纹已穿透壁厚,裂纹内可见腐蚀产物,呈应力腐蚀开裂形貌特征,腐蚀产物的S元素和Cl元素含量较高,说明管道内介质中含有腐蚀性元素。腐蚀介质与锅炉管之间存在应力作用,造成了锅炉管发生开裂[1]。在工作应力及热应力的共同作用下,管道内壁发生了应力腐蚀开裂,裂纹穿透壁厚,导致锅炉管发生泄漏事故。

3 结论

开裂锅炉管的介质中存在大量腐蚀性元素S和Cl,在工作应力和热应力的共同作用下,管道内壁发生了应力腐蚀开裂,裂纹不断扩展并穿透壁厚,最终导致锅炉管发生泄漏事故。