锅炉爆管的原因分析

摘要：锅炉在运行过程中发生的爆管事故，原因是很多的。有的由于水质控制不严，造成管内结垢，引起钢材过热而爆破；有的由于司炉工操作失误，超温超压，超过钢材的强度，而引起的爆破；也有的设计上存在的问题，造成锅炉汽水循环的破坏，而引起的爆破，等等。不管是何种原因引起的锅炉钢管爆破，锅炉钢材金属内部的组织均发生了很大变化。由于金属的内部组织发生了变化，造成了金属机械性能的变化，从而发生锅炉的爆管事故。所以，我们可以从金属内部组织变化情况，反过来分析锅炉爆管的原因，当时处的工况等，从而达到对锅炉爆管事故的分析、预测和检查等目的。本文就是想从这个方面来找出一些共性的东西。

关键词：锅炉　高温　分析

一、金属在长期高温条件下组织的变化

金属在长期高温条件下工作，不但会发生蠕变、断裂和应力松驰等形变过程，而且还会发生一些组织和性能的变化和其他损坏。这一点和室温下使用的钢材不同。在室温条件下，钢的组织和性能较稳定，不随时间而改变。

金属（主要指的是钢）在高温下长期运行中发生的组织变化主要有：

1.珠光体的球化和碳化物聚集长大

珠光体球化会使钢的蠕变极限和持久强度下降。珠光体球化对钢材的高温机械性能影响是很大的，它会加快金属在高温下蠕变速度，加快钢材的破坏。

2.石墨化

渗碳体是一个不稳定的化合物，它在适当的条件下会发生分解而形成奥氏体和石墨或铁素体和石墨。在正常的室温下，这一过程实际上是不进行的，但它随着温度的升高而急剧加速。

石墨化将大大降低机械性能。石墨在基础组织中可以认为是孔洞和裂缝，所以大大削弱钢材的机械性能，使钢材的强度极限，工作韧性大大下降，从而使钢材脆性增加。

3.合金元素的重新分配

钢材在长期高温条件下，除了会发生珠光体球化和石墨化现象外，还会发生合金元素从固溶体中逐渐向炭化物扩散，使炭化物中的合金元素逐渐增多，引起合金元素的重新分配。

合金元素的重新分配，会使钢材的高温机械性能发生变化，从而使该材料在该温度下强度极限降低约一半。

二、锅炉爆管分析

锅炉爆管可以分为长期过热爆管、短期过热爆管、瞬时过热爆管等三种情况。

1.长期过热爆管

是金属长时间在应力和超过其额定温度条件下导致的管子爆破，其超过的温度水平一般在钢的临界点Ac1以下。所以，长期过热爆管是一个缓慢的过程，长期地由于蠕变变形而使管子爆破。

1.1长期过热爆管，破口的宏观分析（特征）

破口并不大，断面粗糙而不平整，破口边缘呈钝边，并不锋利，破口附近有许多平行于破口的管子轴向裂纹，由于在长期高温下运行，所以在破口外表面上出现一层较厚的氧化皮，这些氧化皮很脆，容易剥落。

管子在长期过热爆破前，由于过热，温度提高，加快了蠕变速度，又加上受到内压——切向应力作用，使管子胀粗，管径增大，管壁减薄，当超过一定极限时，管子发生爆破。显然，在同一根管子上，管子的向火面和背火面变形的情况也是不同的。向火面过热温度高，蠕变速度较大，壁最薄，首先爆破。背火面，管壁温度较低，蠕变速度较小，该处的金属强度也较高。

管径胀粗的程度还与钢材成份有关。低炭钢比低合金钢塑性好，所以，低碳钢管子爆破前，管子胀粗的程度也较大。

1.2长期过热爆管的微观（金相）特征

长期过势爆管它的温度应在材料的再结晶温度以上（因为在此温度以上钢材才能产生蠕变）。管子胀的越粗，强度下降越大。

2.短期过热爆管

短期过势爆管，是金属在短时间内，由于温度升高，管子金属在高温下被内部介质的压力作用而很快爆破，这种爆破往往是一个突发过程，所以在爆破口的变形量、形状及内部组织上也有所不同。

宏观特征：破口张开很大，呈喇叭状，破口边缘锐利，减薄较多，断裂面较为光滑，呈撕裂状，破口附近管子胀粗较大，对水冷壁管而言，由于汽水混合物急速冲击，内壁显得十分光洁，外壁一般呈蓝黑色。破口附近没有众多的平行于破口的轴向裂纹。

短期过热爆管的分类：可以分为短期直接过热爆管、管下腐蚀鼓包而引起的爆管和瞬时过热爆管三种。

2.1短期直接过热爆管

宏观特征：管子破口极大，呈不规则的菱形，边缘极其锐利，管径相对变形很大，并且在离破口较远处管径也有不同程度的变形。

金相组织：珠光体已有一定程度的球化，但其球状渗炭体并未脱离出原珠光体区域，铁素体晶粒严重地沿爆管方向拉长。

2.2管子垢下腐蚀而引起的鼓包变形而引起爆管

宏观分析：这种爆破，是由于管内结垢，导热性差，造成钢材的局部过热，而产生爆破，所以破口较小，破口边缘也锐利、光滑。

3.瞬时过热爆管

锅炉水冷壁管，直接受炉膛内火焰的高温辐射，因此运行不正常时，为管子堵塞，水循环不良，严重缺水等，管子的局部地区过热温度很高，而造成水冷壁管的瞬时爆破。

它的宏观特征是：破口呈喇叭状，破口边缘锋利，破口处管壁减薄很多，有的破口边缘厚度仅为0.2mm，靠近破口处管壁是突然减薄，为韧性断口。破口内壁由于管内汽水混合物的急速冲刷，显得十分光洁，管子破口外壁呈蓝黑色，显示超温温度很高。

三、结束语

通过以上分析，我们可以从锅炉爆管破口处的内部组织情况和宏观特征，来判断锅炉爆管时所处的工况，从而分析锅炉爆管的原因。