循環流化床鍋爐過熱屏管爆裂原因分析及對策

摘 要：循環流化床鍋爐過熱屏管爆裂是其運行過程中的高發事故。本文通過熱屏管的爆裂原因從材料化學成分分析、金相分析及SEM分析等三個層面展開，發現循環流化床鍋爐過熱屏管的爆裂主要與焊接熱裂紋有關。并針對分析結果提出防止爆裂對策，具體為：應加強對過熱屏管焊接過程中的環節控制和質量控制，提升焊接工藝質量。以期能夠為循環流化床鍋爐高效運轉提供一定借鑒。

關鍵詞：循環流化床鍋爐;過熱屏管;爆裂;原因分析;對策

過熱屏管爆裂是循環流化床鍋爐運行過程中的常見問題。爆裂發生后會影響設備正常運行，并帶來極大生產安全隱患，導致不必要的人身傷害事件發生。以山西某企業為例，所運行的某大型鍋爐過熱屏管道內部的介質為蒸汽，操作時溫度在540℃±20℃間，管道內部蒸汽壓力值為13MPa。在設備生產過程中，出現過熱屏管爆裂現象，為確定其爆裂成因，對割除后的過熱屏管展開宏觀分析和理化分析，嘗試找出造成爆裂現象的成因。并在實際生產中找到相應的對策。

1 過熱屏管的爆裂原因分析

1.1 過熱屏管的爆裂部位的材料化學成分分析

循環流化床鍋爐所使用的過熱屏管為低合金鋼。這一材料具有著較好的冷加工和焊接性能。根據管壁的不同，在制作過程中可適當采用預熱操作。焊接后進行局部的應力退火。在對此次過熱屏管爆裂的化學分析中，為確認過熱屏管材料是否符合設計要求，首先對對爆管材料進行了成分分析。將分析后發現，爆管的化學成分中C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ni均在合理范圍之內，與原設計材料相符。

1.2 過熱屏管的爆裂部位的金相分析

過熱屏管主要是由鐵素體和珠光體構成。金相分析結果表明，鐵素體和珠光體所構成的材料在受熱時，其材料狀態會發生較大改變。在對過熱屏管的爆裂部分邊緣的觀察中發現，爆裂處的裂紋主要以沿晶擴展為主且呈星狀分布。同時，過熱屏管爆裂處的兩側還能夠發現較為明顯的材料氧化現象。可看出這些裂紋屬于典型的焊接熱裂紋。過熱屏管焊接過程不當是造成這些裂紋的主要成因。

1.3 過熱屏管的爆裂部位的SEM分析

在對過熱屏管的裂紋性質判斷中，需通過SEM分析進一步確認。在對此次出現問題的過熱屏管爆裂處裂紋分析中，可見明顯氧化特征，主要集中在裂紋的兩個。同時在對過熱屏管爆裂處的SEM分析中也可見裂紋中出現多種雜質。這些雜質多是由于在焊接的高溫下裂紋表明材料與空氣接觸氧化而造成。SEM檢測結果在一定程度上進一步證實了爆裂處的裂紋是由于焊接加工過程中所產生。

1.4 過熱屏管的爆裂部位的熱裂紋形成原因分析

過熱屏管的熱裂紋的產生主要受到拉應力和低熔點共晶兩方面影響。在焊接作業過程中，焊接接頭的熱影響區域當中含有的低熔點的物體就會被重新熔化，在一定程度上誘發裂紋的出現。而接頭部位的材料剛性與接頭方式也對熔池結晶時產生的拉應力產生影響，在拉應力的作用下導致熱裂紋的產生。

2 防止循環流化床鍋爐過熱屏管爆裂對策

2.1 過熱屏管的及時更換

在對此次過熱屏管爆裂分析中發現，這一有特殊低合金材質所構成的管子在使用的過程中會在高溫的影響下出現一定的消耗。過熱屏管的使用過程中，應及時地對過熱屏管進行更換，避免應過熱屏管自身的功能和材料性質變化而導致的爆裂現象。

2.2 嚴把過熱屏管的焊接

在對循環流化床鍋爐過熱屏管的焊接過程中，應對焊接工藝進行合理控制。當前，這一焊接過程多采用GTAW焊接方式。在焊接前，會對材料進行預加熱（溫度控制在150℃左右）。焊接時要保證焊縫的寬窄、厚度，確保成型的美觀。焊接過程中若出現錯口問題，錯口應控制在1mm以內。在焊接作業完成后，應對焊接部位做一定的保溫處理，避免因焊接處溫度的急劇變化而導致焊接質量問題的出現。焊接完成后應對焊口進行射線檢測，帶檢測合格后方可進入下一步的鱗片焊接。

2.3 鱗片焊接的質量控制

在對鱗片焊接時，多采用鎢級氬弧焊接。這一工藝能較好避免鱗片焊接時出現碎末飛濺或焊接疤痕等問題。鱗片的焊接前應將焊接區進行打磨，使其漏出金屬光澤。這一處理能較好避免雜質對焊接質量影響。鱗片的焊接時，應由兩名焊接工人同時操作，在標準溫度下實現對稱焊接。在焊接完成后應對焊接部位進行磨光處理，用砂輪將焊縫的加強高和焊趾部位仔細打磨修飾。并采用專用的策略以其對鱗片焊接的硬度進行測量，保證焊接的質量。

綜上所述，此次循環流化床鍋爐過熱屏管爆裂主要因焊接過程中的裂縫所產生，在運行過程中，焊接裂縫擴展直至穿透，造成循環流化床鍋爐過熱屏管的蒸汽泄漏，進而導致爆管事故，針對此次事故分析過程中所發現的問題，應在焊接的過程中科學選用焊接方式，嚴把焊接質量，有效避免裂縫產生，在源頭上杜絕這一事故發生的可能。

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作者簡介：

何軼（1982- ），男，湖南省常德市人，2005年7月畢業于中國礦業大學，熱能與動力工程專業，本科，助理工程師，檢修部部長，從事設備檢修及管理工作。