锅炉受热面失效简易快速分析

闫登强

（湖南省特种设备检验检测研究院怀化分院，湖南 怀化 418000）

锅炉是将燃料的化学能转化为热能的一种设备，作为一种对外输出热能设备，现广泛应用在工业生产及生活中。但其工作环境复杂，因此损伤模式产生的原因也特别多。锅炉中的主要受压元件受热面其损坏原因也非常复杂，总的来说分为外部原因和内部原因造成的损失。具体失效原因有：过热（过热分为长期过热、短期过热）、疲劳损伤、腐蚀（腐蚀又有碱腐蚀、应力腐蚀、氧腐蚀、高温腐蚀等）、材质裂化（材质裂化有珠光体球化、石墨化等）、机械磨损等。主要针对受热面几种常见失效模式发生后，对其失效进行微观及其宏观特性做出简易分析，从而对产生的失效原因作出快速的判断。

1 过热

1.1 长期过热

锅炉受热面长期过热指的是锅炉的受热面管子长期（通常长达数月或者数年）在超过其许用温度下而产生的一种失效模式。长期工作在超温下受热面的材质会发生变化，从而导致受热面管失效，主要表现模式有高温蠕变损坏和高温爆管。产生这样的失效原因主要有两个方面：一是水侧，如受热面管结垢等；二是火侧，如积灰、结焦、受热面受热不均等原因。

长期过热爆管的快速判断方法。爆口处材料的微观形态：通过金相分析，在图上可以看到明显的晶间裂纹，晶界上有严重的珠光体球化及氧化层，晶粒粗大。

爆口处的宏观特性：（1）爆口一般不是很大；（2）边缘没有明显的减薄现象；（3）爆口边缘粗糙、不平、没有锋利的边口；（4）爆口处上下左右各部分管子有轻微的胀粗现象，四周能看到较厚而且比较脆的氧化皮。

1.2 短期过热

锅炉受热面管短期过热通常是管壁壁温突然急剧上升，在短时间内可能超过材料AC3温度以上，从而导致受热面管爆管的过程。造成短期过热爆管的主要原因是水侧原因，如堵塞，水循环遭到破坏在高热负荷区发生。

短期过热爆管的快速判断方法。爆口处的微观形态：通过显微组织观察，爆口附近材料组织发生变化，通常可以看到马氏体、贝氏体等组织，附近硬度大幅度升高，在爆口远的地方材质基本没有变化。爆口断面微观上有韧窝状，断口由许多凹坑组成。

爆口处的宏观形态：（1）爆口处开裂非常大，呈喇叭口形状；（2）爆口边缘像刀口一样非常锋利；（3）管子周围减薄非常明显，整个爆口处管子胀粗非常大；（4）破口处由于瞬时爆管，内部汽水急剧冲出，所以内壁非常光滑；（5）管子属于瞬时过热，因此破口处外壁管子发蓝；（6）破口附近有许多平行于破口轴向的裂纹。

2 腐蚀

锅炉中的腐蚀类型非常多，如碱腐蚀、酸腐蚀、氧腐蚀、高温腐蚀等。现在，主要对我们在检验过程中的常见的碱腐蚀与氧腐蚀进行分析说明。

2.1 垢下腐蚀

2.1.1 碱腐蚀

碱腐蚀也是垢下腐蚀的一种，主要原因：锅炉水中含有游离的碱，在垢下属于密闭空间在汽水蒸发过程中，造成密闭空间内碱逐渐浓缩，造成该处OH-浓度极高从而造成碱腐蚀。该种腐蚀主要发生在胀接、铆接有间隙的地方、锅炉结垢后向火侧的内部。

碱腐蚀爆管后的快速判断方法。

宏观形态：（1）管内壁在向火侧处有皿状向下凹的腐蚀坑；（2）腐蚀的一面呈蜂窝状，腐蚀坑里面有黑色的腐蚀产物，用磁铁可以发现带磁性；（3）爆口呈脆性断裂，金属无变形。

微观形态：（1）金相组织没有明显变化；（2）无脱碳的现象，这一点是与锅炉的氢脆爆管的区别；（3）在初期内部裂纹发生在晶粒边缘，随着裂纹的不断扩展呈穿晶裂纹。

2.1.2 酸腐蚀

锅炉的酸腐蚀主要与水质、化学清洗或者清洗后钝化不满足要求有关系。在垢下局部浓缩，造成PH很低从而发生酸腐蚀，酸腐蚀常与氢脆一起发生。表现形式主要有：（1）腐蚀产物与金属表面结合在一起，很难分离；（2）表面有腐蚀坑；（3）微观组织与氢脆损伤相同。

2.2 氧腐蚀

氧腐蚀通常认为是一种电化学腐蚀，氧腐蚀在锅炉中比较常见，如锅炉停炉后，电站锅炉补给水中除氧不彻底水中混入CO2后都容易发生氧腐蚀。

氧腐蚀爆管后的快速分析。宏观形态：（1）腐蚀表面有很多小型鼓包，敲掉鼓包后，腐蚀坑呈溃疡状；（2）敲掉腐蚀点的鼓包后，外面一层为棕褐色的腐蚀产物，没有磁性，里面一层为黑色的腐蚀产物，具有磁性；（3）爆口呈韧性断裂形态，由于腐蚀口材料厚度不能满足强度引起。微观组织没有变化。

3 疲劳

3.1 腐蚀疲劳

受热面管的腐蚀疲劳可能发生在水侧也可以发生在烟气侧。水侧主要是由于水气分层、间歇式启停等原因造成，烟气侧主要是由于热疲劳应力、吹灰等外界交变力引起的。

水侧引起的疲劳损伤，从内表面逐渐扩展到外表面，在过热器的管子弯头内壁等地方产生点状或者坑状腐蚀，从而引起疲劳损伤。水侧引起的疲劳爆口主要有如下特性：（1）在过热器内壁产生点状或者坑状的腐蚀坑，这种坑形状像贝壳状；（2）如果是在运行过程中产生的疲劳腐蚀，腐蚀主要产物为黑色状，带磁性；（3）如果是在停炉过程中产生的疲劳腐蚀损伤，腐蚀主要产物为砖红色的、不带磁性的腐蚀产物；（4）在这些腐蚀区域材料的金相组织不发生任何变化；（5）产生的裂纹主要是横断面的，裂纹比较窄，端面口钝而粗糙，在裂纹出有氧化皮；（6）如果应力比较小裂纹的端部比较圆滑，应力如果非常大，裂纹的端部就比较尖；（7）爆口处的断裂表现为脆性断裂。

烟气侧的腐蚀疲劳损伤主要表现形式为从外表延伸到内表面，裂纹形式也是横向裂纹为主，发生损伤后可以看到管壁的外表面像大象的皮肤一样，密密麻麻的横向裂纹，这种损伤模式一般把其拉入热疲劳破坏。

3.2 热疲劳

产生热疲劳的原因是锅炉长期存在交变的热应力如频繁的启停、锅炉运行中的热负荷不稳定等引起的。这类损伤模式在锅炉的主蒸汽管、再热管、给水管中表现得更为明显。在一些保温层破损的地方、减温器等地方也比较常见，主要为热冲击引起的。

热疲劳的损失的主要表现如下形态：（1）断裂的地方表现为脆性断裂；（2）断裂多为横向，在这些断裂的地方有很多平行于断口的裂纹；（3）裂纹主要是沿晶裂纹，裂纹向垂直于管轴的方向扩展；（4）管壁的外表面密布像大象皮一样的横向裂纹；（5）异种钢焊接的地方主要在焊接熔合线附近，管子为横向断裂。

4 磨损

锅炉的磨损主要有飞灰磨损、机械磨损、吹灰磨损、煤粒磨损几种方式。飞灰磨损主要是煤燃烧后，烟气中含有灰分，冲击到受热面管上引起磨损。磨损的形态按灰粒冲击到受热面管的角度不一样分为变形磨损和切削磨损两种形式。当灰粒以90°冲击到受热面管上，周而复始，引起受热面管逐渐一层层脱落的磨损叫变形磨损。反之如果以很小的角度冲击到受热面管上的磨损称为切削磨损。引起这种损伤模式主要与煤的性质、配风等有关系。

受热面管磨损后的损伤形态主要有如下几种：（1）爆口处材料的金相组织无明显变化；（2）爆口表现形式为韧性断裂；（3）爆口的边缘比较薄；（4）爆口边缘通过测厚可以看到明显的减薄。

5 结语

锅炉的损伤模式远远不止以上几种，主要针对锅炉常见的几种损伤模式进行分析，通过简易的分析来快速判断锅炉大致是那种损伤模式引起的。在实际检验过程中，要具体分析是那种损伤模式引起的，还需要借助其他的检验手段及检测方法做出准确的分析。