过热器长期过热爆管的机理、形式与特征分析

以河北兴泰发电有限责任公司的锅炉为研究对象，其过热器爆管主要的原因有长期过热、金属老化、高温腐蚀和检修质量不良。其中长期过热为最主要原因，在过热器爆管原因中占43%。以下对长期过热现象与过程进行分析。

1.长期过热的概念

过热也可相应分为长期过热和短期过热两种。由于过热是与爆管紧密相连，因而所谓长期过热是指金属长时间在应力和超温的作用下导致管子爆管，其所超过的温度水平，要比短期过热的超温温度水平低得多，并且通常不超过钢的临界点温度。短期过热则反之，管子金属在超短期内由于温度升高而在应力作用下爆管。其超温温度水平较高，并通常超过A_C1温度，因而会出现相变。长期过热是一个缓慢的过程，长期过热是由于蠕变变形而使管子爆破，而短期过热则往往是一个突发的过程。管子金属在很高的超温温度下被内部介质的压力作用而很快爆破。由于它们的爆破过程不同，因而短期过热和长期在爆破口的变形量、破口形状及破口的组织变化上都会有所不同。大量的爆管事例表明，通常短期过热多发生在锅炉过热器管上，而长期过热则多发生在过热器管上。要把承压受热部件过热的概念与热处理缺陷的过热区分开来。后者是一种热处理的缺陷，是由于过高的加热温度使奥氏体晶粒粗大，并在一定的冷却条件下产生魏氏组织，致使钢的冲击韧性降低。这种缺陷可用重新在较低温度下加热奥氏体化，随后冷却的热处理来清除。过热是作为分析爆管的现象而提出的概念，而与高温零部件的使用寿命相连，并用以说明金属在爆管时的断裂过程的本质。如长期过热是对应于蠕变断裂，而短期过热则对应于高温快速拉断。两个过热，虽然名词相同，但含义却截然不同。

2.长期过热爆管的特征概念

长期过热，造成的爆管破口不大，破口的断裂面粗而不平整，破口边缘是钝边，减薄很少，并不锋利，破口附近并有众多的平行于破口的蠕变裂纹。通常由于长期处于高温下运行，破口外表面上会出现一层较厚的氧化皮，该氧化皮很脆，且容易剥落。破口实物如图3-1所示。另外，管径胀粗具有典型的蠕变断裂特征。

3.长期过热的爆管过程的特征概念

管子在高温下运行时，所受的应力主要是由于水或汽水混合物内压所造成的对管子的切向应力。在这种应力的作用下，使管子发生胀粗。当过热器在正常的设计应力作用下并于额定温度下运行，管子以相当于10^-7mm/mm·h数量级的蠕变速度发生管子的正常径向蠕变。当管子由于超温而长期过热时，由于运行温度提高，既是管子所受应力不变，管子也会以加快了的蠕变速度而使管径胀粗。蠕变速度的加快程度与超温水平有关。随着超温幅度的提高，蠕变速度也会增加（10、100、…）倍，而由10^-7mm/mm·h时增加为（10^-6、10^-5、…）mm/mm·h数量级。于是，随着超温运行时间的增加，管径就越胀越大，慢慢地在各处产生晶间裂纹；晶间裂纹的继续积聚并扩大就成为宏观轴向裂纹，最后以比正常温度正常压力小得多的运行时间而开裂爆管。(www.xing528.com)

4.金相分析

过热器管因受到长期过热而爆管，爆口处迎烟气侧组织为铁素体+碳化物，原有的珠光体己经严重球化，珠光体区域已完全消失，钢中的渗碳体已分布在铁素体的晶界上，球化程度严重，破口强度已显著降低，如图3-2所示。背烟气侧组织基本上为铁素体+块状珠光体，珠光体没有球化现象，为正常组织。

图3-1 长期过热爆管的破口实物

图3-2 长期过热爆管的破口组织