0、引言
    某火力發電廠鍋爐系引進羅馬尼亞1100 t/h亞臨界、中間再熱、塔式燃煤直流鍋爐。該鍋爐于1996年3月投產，2008年10月6日Ⅱ級高溫過熱器爆管導致停爐，累計運行時間86 434 h。該過熱器管材質為14MoCrl0，規格為咖38x5 mm。高溫過熱器直立于爐膛上部，受熱強度大，為對流式過熱器，順流排列。由于系統負荷的要求，2002年開始機組頻繁調峰。為了保障鍋爐的安全運行，防止類似事故的再次發生，采用宏觀檢驗、化學成分分析、力學性能試驗及金相組織分析等方法對爆管原因進行了分析處理，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機、秸稈顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
1、試驗內容及結果
    本次試驗共割取3根過熱器管樣，分別為：含爆口的爆口管、遠離爆口的爆破管（與爆口管為同根管子）和Ⅱ級過熱器其他管排的對比管，見圖1。爆口管、爆破管、對比管的試驗編號分別為1號、2號、3號。
1.1宏觀檢查
    從宏觀看，3根管樣均有氧化特征。1號爆口管爆口距離對接焊縫15 mm，其宏觀尺寸：長132 mm，寬50 mm。該處特征：爆口粗糙不平整，爆口邊緣無明顯減薄，管子外壁覆蓋著致密的暗紅色氧化皮，內壁有致密的黑褐色氧化皮，見圖2。
    初步分析，1號管樣爆口形貌呈現典型的長期過熱爆管特征。爆口的宏觀特征表明，管子失效具有脆性蠕變斷裂的形貌和特征，即由于某種原因（如管子堵塞或水循環不良等）引起管子局部超溫運行，此時鋼材的強度極低，塑性、韌性很高，瞬間能以比較高的速度使管子爆破。
1.2化學成分分析
    對過熱器取樣管進行了化學成分分析，分析結果見表1。分析表1檢測數據可知，取樣管的化學成分均符合標準要求。
1.3力學性能試驗
    取樣管力學性能試驗結果見表2。由表2可以看到，取樣管的常溫力學性能均符合標準要求。
1.4金相微觀組織分析
鍋爐受熱面管子是在高溫、應力和腐蝕介質作用下長期工作的，當管材承受不了其T作狀態的負荷時，就會發生不同形式的損壞而造成事故[3]�；鹆Πl電廠鍋爐受熱面管常見事故主要有：長時超溫爆管、短時超溫爆管、材質不良爆管和腐蝕熱疲勞損壞等，本次爆管屬于長時超溫爆管。
    材質為14MoCrl0的Ⅱ級過熱器管是羅馬尼亞牌號鋼，相當于國內15CrMo鋼，因此其金相組織的珠光體球化可以參照火電廠用15CrMo鋼珠光體球化評級標準執行。圖3和圖4中看到爆口處及近爆口處的金相組織為鐵素體+碳化物，碳化物粒子在晶界主要呈鏈狀分布，并且觀察到雙晶界、珠光體形態完全消失、多處蠕變孔洞以及蠕變裂紋等組織老化的現象。依據火電廠用15CrMo鋼珠光體球化評級標準判定，爆口處及近爆口處基體的組織為5級球化，屬嚴重球化。由圖5可見，珠光體區域完整，層片狀碳化物開始分散，趨于球狀化，晶界有少量碳化物，依據標準判定為2級球化，屬傾向性球化。由圖6可見珠光體區域明顯，珠光體中的碳化物呈層片狀，按標準判定為1級球化，屬未球化。
    微觀分析結果證實，管子材質發生了嚴重的老化，合金元素由固溶態向晶界碳化物轉移，晶界上呈鏈狀分布的碳化物進一步降低了晶界的結合力，導致抗拉強度下降，材質的嚴重老化還降低了鋼的熱強性，促進了蠕變孔洞和微裂紋的形成，最終導致高溫脆性斷裂。從爆口的蠕變斷裂特征、力學性能下降和嚴重球化，以及出現蠕變孔洞等材質老化的現象可知，該過熱器管的實際服役溫度肯定高于其設計使用溫度。但由于在爆口附近沒有觀察到變形晶粒及淬硬組織，所以發生爆管前的實際服役溫度低于Ac，相變溫度。
2、綜合分析
    (1)不存在錯用鋼材現象。該過熱器管材質為14MoCrl0，具有良好的綜合力學性能和相當高的持久強度，抗氧化性能較好，組織穩定性較高，完全可以滿足過熱器用鋼要求，成分分析結果表明不存在錯用鋼材的現象。
    (2)爆口外觀形貌屬于長期過熱爆管特征。
    (3)對爆管段及取樣管的力學性能和顯微組織分析發現，其力學性能均符合標準要求。而爆管處金相顯微組織發生5級嚴重球化現象，其余2個試樣顯微組織分別發生了2級傾向性球化和1級未球化。
    綜合分析表明，引起管子爆破的直接原因為管子長期超溫運行，且管壁超溫溫度達到材質的臨界點，使管材的珠光體球化和管子的蠕變均比設計運行溫度下的球化和蠕變速度快。而組織的球化又進一步加速管子的蠕變，過熱的管子在蠕變過程中產生大量的蠕變孔洞，孔洞長大并相互連通形成晶間微裂紋。在蠕變后期，這些裂紋有可能逐步發展成大裂紋，形成宏觀軸向裂紋，最終引起爆管。
3、結論及建議
    通過對爆管進行宏觀檢查、化學成分分析、力學性能試驗和金相分析得出，管子的爆漏是由于長期超溫運行造成的，因此建議對鍋爐燃燒與煙溫分布進行測試及調整，避免局部超溫，并加強過熱器管的運行監督，盡可能減少超溫運行的次數及時間，從根本上減少爆管的發生。同時做好基建、運行、檢修全過程的鍋爐壓力容器監督，嚴格執行“四管”防爆管理制度，提高檢驗和檢修質量，提高設備可靠性，減少鍋爐”四管”爆漏事故的發生。


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