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主题：【第三届原创大赛--失效分析】20#钢水冷壁管爆裂原因分析

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发表于：2010/10/06 09:20:47 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

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维权声明：本文为lylsg555原创作品，本作者与仪器信息网是该作品合法使用者，该作品暂不对外授权转载。其他任何网站、组织、单位或个人等将该作品在本站以外的任何媒体任何形式出现均属侵权违法行为，我们将追究法律责任。

序：水冷壁是锅炉的主要受热部分，它由数排钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周。它的内部为流动的水或蒸汽，外界接受锅炉炉膛的火焰的热量。

一．基本情况：某电厂用水管式锅炉，在运行过程中爆管，经检查，爆管为水冷壁管爆裂。管子裂开长度为300mm，该水冷壁管的管子规格为φ59mm×8mm，材料为20钢。现场勘察管内无异物堵塞现象，管子内外表面普遍有氧化状况。其破裂口形貌见图1、2、

图1

图2

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二．理化检验：根据管子爆裂的现状，我们进行了一系列的理化检验来分析其爆裂的原因

1. 宏观检查：

该管子爆裂口呈喇叭口状，开口较大，其边缘锐利，由此可以根据断口形状估计是由于管内压力超过管子材料允许压力而引起的爆裂，管子内壁无结垢、有轻微的锈蚀但没有腐蚀现象。管子裂开边缘的厚度为1mm，裂开长度为300mm。见图3

图3

2. 化学成分分析：

在爆裂的水冷壁正常段和发生爆裂变形段2个点分别进行取样，用红外碳硫分析仪器和分光光度分析法进行材料的化学成分分析，分析结果见表1，从表中的正常处、爆裂处的数据结果来看，爆裂处与正常出的化学成分结果基本是一致的，同时这两处化学成分完全符合20钢化学成分的标准值，由此可以判断材料属于合格。

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2010/10/6 9:34:23 Last edit by lylsg555

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2010/10/6 9:39:24 板凳管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

3. 硬度实验：

将水冷壁管子的爆裂处，管子正常处的炉前面（即面对炉体正面处）、管子的炉背面三处截断，进行端面的布氏硬度检测，检测结果见表2，从表中可以看到三处的布氏硬度值属于正常范围，没有硬度值过高的现象，炉前面管的硬度值比炉背面管的硬度值低，而管子爆裂处的硬度值也没超过炉背面管的硬度值，20钢水冷壁管材材料的硬度值是合格的。

4.管子测厚检验：

对水冷壁管子的爆裂处，管子正常处用测厚仪进行了管壁厚度的测量，每隔5mm测试1个厚度值，测试中发现管子的管壁厚度存在着严重的减薄问题，管壁为8mm的厚度，实际测量的最厚处为7mm，最薄处即管子爆裂处为1mm，检测结果见表3。锅炉的累计运行时间大约为4500h，从管子内壁看，锈蚀不严重，无腐蚀现象。

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2010/10/8 10:15:00 Last edit by lylsg555

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2010/10/6 9:57:27 马扎管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

5. 金相检验：

对水冷壁管的爆裂出进行了金相检验，同时为了做其相应的比较，又对其相邻的3根管子分别取样进行了金相检验，取样方式和试件见图4、5。

图4 金相试件取样图

图5 金相试件

以下是4个试件的金相组织显微图，图片放大500X 4%硝酸酒精溶液侵蚀。管子爆裂处和正常处的金相组织均为铁素体+珠光体（白色为铁素体，黑色为珠光体），晶粒度为8级，组织没有显示过烧和其他的异常现象。见图6、7

图6

图7

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2010/10/8 10:28:00 Last edit by lylsg555

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2010/10/6 9:58:02 地毯管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

三. 结果分析：

根据水冷壁管的化学、硬度以及金相分析来看，并不是因材质不对或者材料显微组织突变而使锅炉的工作压力引起管子爆裂的，那么水冷壁管是如何爆裂的呢？
通过观察和测量，发现这4根水冷壁管的管壁厚薄存在这很大的差异，绿色箭头所指处的管壁比红色箭头所指处的管壁要薄很多，见图8。
按要求管子壁厚为8mm，但实际测量其厚度均未达到，另外锅炉运行时间不长，对管子内壁的腐蚀不会很快，再次对管子侧面进行观察测量、发现4根管子均又厚薄不均现象，且不为同心圆，尤其从2号管看严重。见图8 箭头所指处

图8 管壁厚度不均匀

由此，我们初步判定为水冷壁管子的产品有缺陷，在锅炉运行中，管子的厚薄不均匀，管壁薄处所产生的应力抵制不了设计的许用应力，经过长期的高温、高压的运行工作，管子薄处沿最大应力方向（环向）发生爆裂，造成此次水冷壁管爆裂失效事故。
建议在购置水冷壁排管进厂安装前，应对其进行做测厚或者是无损超声波探伤检测的复检。

奖品许愿：同等价值的石英女表一块

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2010/10/28 9:11:52 Last edit by lylsg555