鍋爐受熱面“四管”泄漏會使火電機組停機[1-2]。鍋爐“四管”中水冷壁管所處的環(huán)境最為苛刻，管內(nèi)外服役環(huán)境差異較大，受力最復雜，煙氣腐蝕最嚴重，在服役過程中易發(fā)生吹損減薄、高溫腐蝕、超溫、堿腐蝕等事故，導致水冷壁管泄漏[3-5]。

某電廠2號鍋爐為一次再熱、平衡通風、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型超超臨界參數(shù)變壓直流爐，機組子2010年投運，累計運行時間為8 685.48 h。水冷壁設計介質(zhì)的壓力為31 MPa，溫度為480 ℃。爐膛水冷壁為內(nèi)螺紋管垂直上升式焊接膜式壁，其材料為15CrMoG鋼，規(guī)格為28.6 mm×6.4 mm（直徑×厚度）。前墻標高48 m處一水冷壁管（自爐左側(cè)第74根管，EF層燃燒器上部偏爐右，處于蒸發(fā)區(qū)域）發(fā)生爆管事故，附近21根管子有橫向裂紋。筆者采用一系列理化檢驗方法對水冷壁爆管原因進行分析，以避免該類問題再次發(fā)生。

1. 理化檢驗

1.1 宏觀觀察

對爆口處和遠離爆口處的水冷壁管進行宏觀觀察，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知：爆口處水冷壁管表面有明顯的結(jié)垢，在向火側(cè)表面分布有大量平行橫向條紋，主爆口靠近焊縫，背火側(cè)無結(jié)垢；遠離爆口處的水冷壁管向火側(cè)表面無結(jié)垢，在向火側(cè)表面也有平行橫向條紋。

圖 1 爆口處和遠離爆口處水冷壁管的宏觀形貌

對爆口處和遠離爆口處水冷壁管的剖面進行宏觀觀察，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知：兩個管子的向火側(cè)外壁均可見大量的橫向微裂紋，裂紋由外壁向內(nèi)壁直線擴展，裂紋長短不一，有較明顯的熱疲勞裂紋特征；兩個管子的背火側(cè)未見明顯裂紋。

圖 2 爆口處和遠離爆口處水冷壁管剖面的宏觀形貌

1.2 化學成分分析

對開裂水冷壁管進行化學成分分析，結(jié)果如表1所示。由表1可知：開裂水冷壁管的化學成分符合GB/T 5310—2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》對15CrMoG鋼的要求。

1.3 力學性能測試

在開裂水冷壁管的背火側(cè)取樣，依據(jù)GB/T 228—2021《金屬材料 室溫拉伸試驗方法》，利用電子拉伸萬能試驗機對試樣進行拉伸試驗，采用弧形試樣，保留試樣原始表面狀態(tài)，拉伸試驗結(jié)果如表2所示。由表2可知：試樣的抗拉強度、屈服強度和斷后伸長率均滿足GB/T 5310—2017對15CrMoG鋼的要求。

在爆口處和遠離爆口處的水冷壁管上取樣，依據(jù)GB/T 231.1—2018 《金屬材料 布氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》，采用臺式硬度計對試樣進行硬度測試，載荷為1 838.7 N，保持時間為10 s，硬度測試結(jié)果如表3所示。由表3可知：爆口處和遠離爆口處的水冷壁管硬度均滿足DL/T 438—2016 《火力發(fā)電廠金屬技術監(jiān)督規(guī)程》的要求（118~180 HBW），且向火側(cè)和背火側(cè)的硬度無顯著差異。

1.4 金相檢驗

依據(jù)DL/T 884—2019 《火電廠金相檢驗與評定技術導則》對爆口處水冷壁管進行金相檢驗，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知：向火側(cè)組織為鐵素體+貝氏體，珠光體部分已經(jīng)分散，但仍保持原區(qū)域形態(tài)，球化級別為2~2.5級；背火側(cè)組織為鐵素體+貝氏體，珠光體形態(tài)完整，球化級別為1級。相對背火側(cè)組織，向火側(cè)組織的球化程度略高，表明向火側(cè)金屬壁溫度較高，這在一定程度上加速了材料老化。

圖 3 爆口處水冷壁管的顯微組織形貌

爆口處水冷壁管的微觀形貌如圖4所示。由圖4可知：向火側(cè)外壁存在大量橫向裂紋，多數(shù)裂紋形態(tài)為楔形，從外壁向內(nèi)壁擴展，裂紋區(qū)域內(nèi)存在氧化腐蝕產(chǎn)物，裂紋端部呈圓鈍狀，裂紋擴展形式為穿晶擴展，呈開裂→鈍化→開裂特征[6-8]；向火側(cè)內(nèi)壁也存在橫向裂紋，其形態(tài)與外壁裂紋類似，但數(shù)量和長度少于外壁裂紋；背火側(cè)內(nèi)外壁均未發(fā)現(xiàn)裂紋。

圖 4 爆口處水冷壁管的微觀形貌

1.5 掃描電鏡（SEM）及能譜分析

利用掃描電鏡和能譜儀對水冷壁管向火側(cè)外壁的垢樣進行分析，結(jié)果如圖5所示。由圖5可知：該垢樣主要為煙灰成分，且含有較高濃度的S元素。