圖 1 開裂鍋爐管的宏觀形貌
分享：鍋爐管泄漏原因
某鍋爐管安裝于2022年1月,運(yùn)行2個(gè)月后,在對其進(jìn)行日常監(jiān)控時(shí)發(fā)現(xiàn)煙氣中氫氣含量超標(biāo),進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)該鍋爐管發(fā)生開裂現(xiàn)象。開裂鍋爐管的材料為12CrMoVG鋼,鍋爐管內(nèi)部介質(zhì)為200 ℃飽和蒸汽,壓力為4.6 MPa,外部介質(zhì)為450 ℃高溫?zé)煔?管道內(nèi)部有大量塵土。筆者采用一系列理化檢驗(yàn)方法分析了鍋爐管開裂的原因,以避免該類問題再次發(fā)生。
1. 理化檢驗(yàn)
1.1 宏觀觀察
開裂鍋爐管的宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知：鍋爐管的外壁和內(nèi)壁均可見宏觀裂紋。
1.2 化學(xué)成分分析
在開裂鍋爐管上取樣并對試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果如表1所示。由表1可知：開裂鍋爐管的化學(xué)成分滿足GB/T 5310—2017 《高壓鍋爐用無縫鋼管》對12Cr1MoVG鋼的要求。
Table 1. 開裂鍋爐管的化學(xué)成分分析結(jié)果
| 項(xiàng)目 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Si | Mn | Cr | Mo | V | |
| 實(shí)測值 | 0.10 | 0.24 | 0.55 | 1.01 | 0.30 | 0.17 |
| 標(biāo)準(zhǔn)值 | 0.08～0.15 | 0.17～0.37 | 0.40～0.70 | 0.90～1.20 | 0.25～0.35 | 0.15～0.30 |
1.3 金相檢驗(yàn)
在開裂鍋爐管的剖面上截取并制備金相試樣,將試樣進(jìn)行腐蝕后,置于光學(xué)顯微鏡下觀察,結(jié)果如圖2所示。由圖2可知：試樣的顯微組織為鐵素體＋少量珠光體。
圖 2 開裂鍋爐管的微觀形貌
1.4 掃描電鏡(SEM)及能譜分析
在開裂鍋爐管的外壁處取樣,對試樣進(jìn)行SEM分析,結(jié)果如圖3所示。在開裂鍋爐管的內(nèi)壁處取樣,對試樣進(jìn)行SEM分析,結(jié)果如圖4所示。
圖 3 開裂鍋爐管外壁SEM形貌
圖 4 開裂鍋爐管內(nèi)壁SEM形貌
對金相試樣進(jìn)行SEM分析,結(jié)果如圖5所示。由圖5可知：開裂鍋爐管內(nèi)壁可見樹枝狀裂紋,裂紋向材料內(nèi)部伸展,且部分裂紋已穿透壁厚,裂紋內(nèi)可見腐蝕產(chǎn)物,呈應(yīng)力腐蝕開裂形貌特征。
圖 5 金相試樣的SEM形貌
對裂紋內(nèi)的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行能譜分析,結(jié)果如圖6所示。由圖6可知：腐蝕產(chǎn)物中存在較高含量的腐蝕性元素S和Cl。
圖 6 裂紋內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的能譜分析結(jié)果
2. 綜合分析
由上述理化檢驗(yàn)結(jié)果可知：開裂鍋爐管的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求；開裂處剖面上可見起源于管道內(nèi)壁的裂紋,裂紋呈樹枝狀向材料內(nèi)部伸展,部分裂紋已穿透壁厚,裂紋內(nèi)可見腐蝕產(chǎn)物,呈應(yīng)力腐蝕開裂形貌特征,腐蝕產(chǎn)物的S元素和Cl元素含量較高,說明管道內(nèi)介質(zhì)中含有腐蝕性元素。腐蝕介質(zhì)與鍋爐管之間存在應(yīng)力作用,造成了鍋爐管發(fā)生開裂[1]。在工作應(yīng)力及熱應(yīng)力的共同作用下,管道內(nèi)壁發(fā)生了應(yīng)力腐蝕開裂,裂紋穿透壁厚,導(dǎo)致鍋爐管發(fā)生泄漏事故。
3. 結(jié)論
開裂鍋爐管的介質(zhì)中存在大量腐蝕性元素S和Cl,在工作應(yīng)力和熱應(yīng)力的共同作用下,管道內(nèi)壁發(fā)生了應(yīng)力腐蝕開裂,裂紋不斷擴(kuò)展并穿透壁厚,最終導(dǎo)致鍋爐管發(fā)生泄漏事故。
文章來源——材料與測試網(wǎng)
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