[摘 要] 随着钢铁联合企业的不断壮大，钢铁企业生产所产生的各种煤气被有效充分利用，建设燃气锅炉进行能量回收。随着燃气锅炉的大型化，锅炉参数也越来越高，锅炉部件材质的选择要求也随之提高。某钢企240t/h锅炉因低温过热器出口集箱蒸汽引出管材质选型不当造成材质长期超温球墨化爆管。
[关键词] 材质；球墨化；爆管。
前言
随着钢铁联合企业的不断壮大及，钢铁企业所产生的各种煤气被有效充分利用，建设燃气锅炉进行能量回收。随着燃气锅炉的大型化，锅炉参数也越来越高，锅炉部件材质的选择要求也随之提高。
某钢铁企业配套新建两台240t/h高温高压纯然煤气蒸汽锅炉，该锅炉由国内某燃气锅炉厂设计制造，锅炉型号为JG-240/9.8Q，主蒸汽压力9.81MPa，主蒸汽温度540℃，主要燃料为钢厂产生的焦炉煤气、高炉煤气、主炉煤气和OY炉煤气。锅炉蒸汽系统流程为：汽包--包覆墙过热器--低温过热器--（一级减温水）-中温过热器（二级减温水）-高温过热器-集汽集箱-主蒸汽母管，在锅炉出厂设计时给出的热力计算汇总中锅炉低温过热器出口蒸汽温度为409.9℃。两台240t/h纯然煤气高温高压锅炉于2014年底投运,现场两台锅炉采用母管制布置，2#锅炉累计运行约20000小时、1#锅炉累计运行约17000小时。锅炉DCS操作画面仅显示低温过热器出口集箱管壁温度，自投运以来该点温度一直在420～500℃之间运行。
2020年5月12日，2#锅炉低温过热器出口集箱蒸汽引出管（φ133×10mm）发生瞬间爆裂
一 现状
当2#240t/h锅炉低温过热器出口集箱引出管爆裂后，管道爆口成为一个泄压口。2#锅炉高压蒸汽通过该泄压口急剧大量外泄，虽然锅炉给水自动跟踪开启给水调节阀加大了锅炉的补水量，但是锅炉汽包蒸发量远远大于锅炉给水量，汽包水位成快速下降趋势，当水位降至-200mm后触发锅炉保护,锅炉MFT动作，2#锅炉灭火。
2#锅炉灭火后，燃料快速切断，炉膛没有燃料温度骤然下降。在燃料中断和爆口外泄的双重作用下2#锅炉汽包压力迅速低于主蒸汽母管压力，此时同时接入主蒸汽母管的1#锅炉汽包压力远高于2#锅炉汽包压力，2#锅炉低温过热器出口集箱蒸汽引出管爆口演变为1#锅炉的泄压口，巨大的压差造成1#锅炉大量的蒸汽通过主蒸汽母管--2#锅炉主蒸汽引出管--2#锅炉集汽集箱--2#锅炉高温过热器--2#锅炉中温过热器-2#锅炉爆裂的低温过热器出口集箱引出管爆口向外迅速泄露。伴随着大量蒸汽外泄，1#锅炉汽包压力快速下降，汽包内饱和水的饱和温度也同步降低（饱和水的温度和压力成近似正比一一对应关系），汽包内的水瞬间汽化成水蒸汽，虽然锅炉给水自动跟踪全开给水调节阀最大限度的向锅炉进行补水，但是此时的锅炉汽包蒸发量远远大于锅炉给水量，汽包水位成快速下降趋势，当水位降至-200mm后触发锅炉保护,锅炉MFT动作，1#锅炉灭火。
上述变化过程非常短暂，从2#锅炉低温过热器出口集箱蒸汽引出管爆管到2#锅炉灭火经历1分钟，再到1#锅炉灭火经历1分30秒。如此短暂的时间，对于高温高压大容量锅炉瞬间发生如此大的承压部件爆口，操作工的人工干预已经基本无效，只能依靠设备的装备水平和自动化程度可能实现锅炉的自我保护。因此2#锅炉低温过热器出口集箱蒸汽引出管爆管中，2#锅炉受自身爆管的影响造成锅炉MFT动作灭火；因两台锅炉母管制布置，受2#锅炉爆管灭火影响，1#锅炉流向爆口的管道蒸汽流速成数十倍的增长（一般蒸汽流速设计时≤40m/s），调整后全开后的锅炉给水已经无法满足蒸发量的需求，1#锅炉汽包水位硬生生被“拉”空，触发1#锅炉低水位保护，锅炉MFT动作灭火。
事故发生后，查阅锅炉厂图纸准备根据图纸采购事故恢复备件时，发现锅炉厂在图纸设计时锅炉低温过热器蛇形管材质选用12Cr1MoVG，低温过热器出口集箱及蒸汽引出管材质选用20G-GB5310，在同样介质温度、压力情况下选用材质不相同。
由于该锅炉在汽包到低温过热器之间没有设计减温水对进入低温过热器的蒸汽进行人为控制，对此段温度只有通过降低锅炉负荷这唯一手段进行控制。查阅锅炉投运至今历史曲线发现只有当锅炉负荷小于100t/h时锅炉DCS显示低温过热器管壁温度小于430℃，为了保证该区域蒸汽用户需求，及最大限度的降低煤气放散量，单台240t/h纯然煤气高温高压锅炉负荷大部分时间运行在100t/h以上。
一、爆管检查
1 蠕胀检测
事故发上后，相关专业人员对爆管进行了初步检查，首先对该锅炉低温过热器出口集箱六根蒸汽引出管进行了蠕胀变形的测量，结果如下：
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2 爆口宏观检查
对爆管宏观检查，其宏观形貌如图1所示。爆管沿轴向存在大量纵向裂纹，最长的一条为9mm，如图2图3所示。断口粗糙且无明显宏观塑性变形，呈脆性断裂，如图4所示。
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3 硬度试验
对爆管进行布氏硬度试验，试验表明管样爆口处硬度均低于标准硬度值，试验结果见表2。
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4 拉伸试验
对爆管进行拉伸试验。试验表明爆管管样抗拉强度值已达到标准值下限，试验结果见表3。
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5 显微组织检验
爆口处金相组织为铁素体+珠光体，珠光体完全球化，晶界及铁素体基体上球状碳化物已逐渐长大。球化级别5级，见图5。
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图5 爆口边缘金相组织（x500）
三 爆管原因分析
根据现场管道蠕胀检测发现除爆管的第二根管道无法测量外，其他五根管道均存在不同程度的蠕胀变形，结合该锅炉运行小时数，初步确认该锅炉低温过热器出口集箱蒸汽引出管存在超温运行的可能。
通过对低温过热器出口集箱蒸汽引出管爆口进行相关试验结果表明，该爆管硬度低于标准值，抗拉强度达到标准值下限，爆口处金相组织出现珠光体完全球化，表面出现大量纵向裂纹，强度下降、横断面胀粗、管壁厚度减薄，是造成此次爆管的直接原因。
锅炉图纸显示，低温过热器出口集箱和蒸汽引出管材质选用20G，热力计算汇总显示低温过热器出口蒸汽温度为409.9℃，基本接近20G炉外管道长期运行的允许温度≤430℃的标准。实际运行中低温过热器出口温度远远高于设计理论计算值。在锅炉管件材质选用时没有充分考虑锅炉实际运行温度与理论设计温度之间的偏差，致使该区域管道材质选用等级偏低是造成此次爆管的主要原因。
锅炉厂在设计说明书中笼统描述低温过热器材质为12Cr1MoVG、一级减温器材质选用为12Cr1MoVG。给使用人员造成自低温过热器蛇形管以后设备材质全部为12Cr1MoVG的错误指导。而实际在设计图纸中低温过热器蛇形管材质选择为12Cr1MoVG，低温过热器出口集箱和蒸汽引出管选用材质为20G。这是造成该部件长期处在超温状态运行而未引起运行及技术人员关注直至管道爆管的又一主要原因。
四 结论及建议
1 对两台锅炉低温过热器出口集箱及蒸汽引出管进行全面检查、并更换低温过热器出口集箱及蒸汽引出管材质。
2 联系锅炉厂对该部件温度超过设计理论计算温度的原因进行分析。
五 结论
由于设计时对锅炉部件实际运行温度与理论计算温度偏差预估不充分，锅炉管道材料材质等级选用偏低，造成管道长期处于超温运行状态，管道金相组织发生劣化爆管。