图 1断裂枪管宏观形貌
吹灰器是火力机组的重要组成部件,可保障受热面管道的安全稳定运行[1]。某机组吹灰器枪管在运行5万h后发生断裂现象,枪管材料为15CrMoG钢,规格为42 mm×6 mm（外径×壁厚）。检查该枪管附近的吹灰器枪管,发现多处枪管存在严重减薄,部分位置发生弯曲变形。笔者采用一系列理化检验方法对该枪管的断裂原因进行分析,以避免该类问题再次发生。
1. 理化检验
1.1 宏观观察
断裂枪管宏观形貌如图1所示。由图1可知：断口位于炉外,两侧断口呈不同形貌特征,炉上侧断口有明显金属光泽,断口较为新鲜,为最后瞬断区,瞬断区较宽,说明应力水平较高。
对内壁腐蚀部位进行厚度测量,发现内壁腐蚀坑位置的厚度为4.5 mm,未发生明显腐蚀区域的厚度为5.0 mm。内壁腐蚀坑的宏观形貌如图2所示,腐蚀坑位于管段右侧,呈溃疡状,腐蚀坑表面有明显腐蚀产物,断口附近存在焊瘤形貌,为此前穿孔补焊痕迹,断口与补焊位置之间存在一段距离。
1.2 化学成分分析
采用便携式X射线荧光光谱仪对吹灰器断裂部位进行化学成分分析,结果如表1所示。由表1可知：该吹灰器的主要化学成分符合GB/T 5310—2023《高压锅炉用无缝钢管》对15CrMoG钢的要求。
Table 1.吹灰器断裂部位的化学成分分析结果
1.3 金相检验
在吹灰器腐蚀区域制取金相试样,经磨制、抛光后观察其微观形貌,结果如图3所示,腐蚀坑深度约为770 μm,腐蚀坑下方未见微裂纹或穿孔形貌。
试样的显微组织形貌如图4所示。由图4可知：试样的组织为铁素体+珠光体,珠光体球化级别为2.5级,组织无异常；腐蚀坑下方组织未见脱碳、变形或开裂等缺陷。
1.4 扫描电镜（SEM）及能谱分析
在腐蚀坑处取样,对试样进行SEM分析,结果如图5所示,腐蚀坑处管段最薄处的厚度为2.65 mm,腐蚀减薄超过40%。
对腐蚀坑表面腐蚀产物进行能谱分析,结果如图6所示,其主要成分除金属氧化物（Fe、O、Cr、Mo、Mn等元素）外,还有S、Ca、Al、Mg等元素,腐蚀产物的化学成分与烟灰的化学成分相似[2],推测该物质为烟气倒灌到吹灰器枪管导致的。
2. 综合分析
腐蚀处宏观形貌呈溃疡状,为区域集中的腐蚀形貌；组织无微裂纹、脱碳、过热、过烧等缺陷；能谱分析表明,腐蚀产物中存在较高含量的S元素。结合以上分析测试结果,判断该处腐蚀减薄的原因为低温硫腐蚀。
低温硫腐蚀发生的温度较低（一般低于150 ℃）[3],组织无明显微裂纹或脱碳现象,腐蚀处呈溃疡状。该断裂枪管内部蒸汽温度约为300 ℃,但吹灰结束后,枪管会从炉内退出到炉外,此时管内残留蒸汽会发生冷却,形成冷凝条件。当烟气从枪管进入时,会与管内蒸汽结合后冷凝,并在枪管6点钟方向形成酸堆积,进而发生低温硫腐蚀,造成管段不断减薄,直至穿孔。枪管布置现场如图7所示,枪管在炉外侧分布较长,中间存在挠度,且部分枪管水平高度较低,成为整个枪管的积液区域。
该枪管的断口分为两部分,一部分是最后瞬断区,另一部分是原始减薄区。严重腐蚀部位位于原始减薄区,该位置未发现明显裂纹源。瞬断区面积较大,说明枪管最后断裂时承载了较大的应力。经核查,在断裂前后,吹灰器电机电流存在异常突变,也印证了这一情况。吹灰器枪管因腐蚀减薄而出现承载能力下降,且截面形状发生变化,导致在运行过程中枪管发生部分开裂现象,继续运行过程中,部分断裂枪管产生振动,枪管发生卡涩,在电机加载力的作用下,最终导致枪管断裂[4]。
3. 结论与建议
吹灰器炉外水平高度偏低,使吹灰器枪管内产生积液,炉膛烟气进入枪管,与残余蒸汽结合形成腐蚀介质,腐蚀介质堆积引起低温硫腐蚀,造成枪管减薄后强度不足,最终导致枪管断裂。
建议检查附近吹灰器枪管壁厚,重点检查吹灰器停运时枪管正下方区域,及时更换严重减薄的枪管。检查吹灰器枪管的安装情况,确保吹灰器炉内水平面低于炉外侧,对存在炉外侧水平面偏低的枪管进行壁厚检查。
来源--材料与测试网