某钢铁公司燃气锅炉省煤器管泄露分析

张庭钰

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司， 河北 唐山 063200）

某钢铁公司130 t/h 中温中压燃气锅炉高温省煤器受热面管管接头发生泄漏，泄露点位于炉膛外高温省煤器出口联箱东数第11 根管管座角焊缝下方5 mm 处，其他位置未发生泄漏。受热面管材质为20 G，规格为Φ32 mm×3 mm。查阅锅炉相关运行记录，高温省煤器自投运以来首次发生泄露事故，高温省煤器泄露前锅炉运行正常。本次因高温省煤器泄露导致锅炉停炉。为查找泄露原因，笔者对泄露的高温省煤器管进行了检验和分析，以期杜绝此类事故的再次发生。

1 宏观形貌分析

对爆裂失效的管道进行宏观观察，在管子内壁一侧存在大量点状腐蚀坑，图1 为泄漏管内壁照片，另一侧较光滑，未见腐蚀坑。图2 为泄漏管的外壁照片，外壁无腐蚀现象，覆盖有氧化皮。泄漏管裂纹形变最大的位置（见图2 方框所示）应是萌生位置。图3 是泄漏管裂纹的内壁照片，发生泄漏一侧的管子内壁存在较多的点状腐蚀坑，裂纹在内壁上扩展的长度大于在外壁上扩展的长度，测量腐蚀较严重的位置深度约为0.25 mm。

图1 内壁照片

打开泄漏位置后可见断口上有多处撕裂棱，见图4，外壁部分位置存在剪切唇。根据内外壁裂纹扩展的长度和剪切唇的位置判断本次泄漏裂纹萌生于内壁蚀坑底部，并在应力作用下，向外壁和两侧扩展。

图2 外壁照片

图3 内壁腐蚀坑

图4 断口照片

2 金相检验

在高温省煤器泄露位置附近沿轴向切取金相试样进行观察，下页图5、6 和7 分别是发生泄漏管子角焊缝、热影响区和母材的金相组织，角焊缝存在魏氏组织，热影响区和母材金相组织为铁素体加珠光体，无老化现象。下页图8 是管子腐蚀坑位置的金相组织，为铁素体加珠光体，无老化现象。下页图9 为裂纹起裂处金相组织，裂纹起始于腐蚀坑底部，穿晶扩展。

3 综合分析

高温省煤器泄漏管子的母材金相组织为铁素体加珠光体，未发生老化，金相组织正常。泄漏点位于集箱与省煤器管焊接的管座角焊缝附近，此处结构复杂，易产生应力集中。宏观形貌分析可知，裂纹萌生于泄漏管腐蚀坑一侧，裂纹在内壁上的扩展长度大于再外壁上的扩展长度，且外壁存在剪切唇，判断裂纹是从内壁腐蚀坑底部萌生，并向两侧及外壁扩展。

图5 角焊缝金相组织

图6 角焊缝热影响区金相组织

图7 母材金相组织

图8 腐蚀坑金相组织

图9 裂纹起始处金相组织

管座角焊缝附近的管子内壁处存在集中分布的腐蚀坑，破坏了母材的连续性，造成腐蚀坑部位的应力集中。而管座角焊缝本身就是结构应力复杂，残余应力高的部位。当应力集中超过局部位置的屈服极限后，就会产生裂纹萌生，并进一步形成裂纹扩展，减少管子的有效承载面积。当管子的有效承载面积不能承受内压、自重等作用力时，就在横截面上发生失稳扩展，形成剪切断裂，造成泄漏。

查询前期锅炉运行记录及现场实地勘察，发现前期高温省煤器泄漏处理的4 根管道在炉膛内已烧损、脱落，留下的空位形成“烟气走廊”，造成烟道内气流分布不均，产生紊流。烟气集中流入“烟气走廊”内，对附近的管道表面腐蚀、冲刷严重；同时，“烟气走廊”内流速快，传热量增大、管道内部沸腾度提高，导致临近三根管道受热不均。部分省煤器管夹与固定横梁间开焊，造成管夹与省煤器管段共振磨损，壁厚减薄，承压能力降低，高压波动时瞬间崩裂。

所以燃气锅炉高温省煤器管泄漏是由于高温省煤器内管道受热不均、振动较大，导致高温省煤器管出现裂纹，裂纹在内壁腐蚀坑底部萌生并扩展，在复杂的应力作用下最终失稳断裂造成的。

4 结论与防范措施

燃气锅炉高温省煤器管泄漏主要是由于高温省煤器内管道存在“烟气走廊”导致管道受热不均、振动较大，从而出现裂纹，裂纹在内壁腐蚀坑底部萌生并扩展，在复杂的应力作用下最终失稳断裂造成的。

为及时发现锅炉运行时可能出现的危险缺陷，并避免高温省煤器泄露及类似事故再次发生，该公司根据实际情况采取以下防范措施：

1）利用停炉检修的机会，对省煤器进行水压试验、着色试验，全面排查隐患，避免再次泄漏。

2）针对设备存在的缺陷，举一反三，扩大检查范围，对省煤器“烟气走廊”附近隐患管道进行割管、封堵，避免泄漏重复发生。焊接松动管夹，强化管夹与省煤器管道固定连接，降低共振与磨损强度。

3）将状态更好的另一台燃气锅炉作为主煤气调整用户，减少事故锅炉的负荷调整与燃料掺烧调整的次数。

4）结合锅炉年修计划，择机对燃气锅炉高温省煤器进行更换。

5）在能源平衡允许范围内，保证燃气锅炉燃料稳定、均衡供应。