燃煤电厂锅炉受热面超温缺陷泄漏特点分析及典型案例 一、受热面超温缺陷
超温是指金属材料在超过额定温度下运行。额定温度指钢材在设计寿命下运行的允许最高温度，也可指工作时的额定温度，只要超出上述温度的一种即为超温运行。超温是过热的原因，过热是超温的结果。受热面超温缺陷分为长期过热和短期过热。
（一）长期过热是指管壁温度长期处于设计温度附近而低于材料的下临界温度，超温幅度不大但时间较长，锅炉管子组织结构明显发生变化，发生珠光体球化、碳化物球化，碳化物聚集，有时向晶界偏聚，合金元素由固溶体向碳化物转移，在晶界处萌生蠕变孔洞，蠕变空洞和蠕变沿晶裂纹的形成和管外壁的严重结焦、氧化物由外壁向内壁延伸，管壁氧化减薄，持久强度下降，蠕变速度加快，使管径均匀胀粗，最后在管子的最薄弱部位导致脆裂的爆管现象。
(1)碳钢(亚共析或过共析钢)过热之后往往出现魏氏组织。马氏体钢过热之后，往往出现晶内织构，工模具钢往往以一次碳化物角状化为特征判定过热组织。钛合金过热后，出现明显的β相晶界和平直细长的魏氏组织。合金钢过热后的断口会出现石状断口或条状断口。过热组织，由于晶粒粗大，将引起力学性能降低，尤其是冲击韧度。 (2)碳素钢和低合金钢珠光体球化。在常温下的组织一般为铁素体加珠光体。珠光体晶粒中的铁素体及渗碳体是呈薄片状相互间夹的。片状珠光体是一种不稳定的组织，当温度较高时，原子活动力增强，扩散速度增加，片状渗碳体便逐渐转变为珠状，再积聚成大球团，从而
使材料的屈服点、抗拉强度、冲击韧性、蠕变极限和持久极限下降，这种现象称作珠光体球化。例如：中度球化会使碳素钢常温强度下降10%~15%；严重球化时下降20%~30%。
钢在高温、应力长期作用下，由于珠光体内渗碳体自行分解出石墨的现象，Fe3C-->3Fe+C(石墨),称为石墨化或析墨现象。石墨化的第一步是珠光体球化，石墨化是钢中碳化物在高温长期作用下分解的最终结果，石墨化使钢材发生脆化，强度和塑性降低，冲击韧性降低的更多。对碳素钢和碳锰钢，当在温度425℃以上长期工作时都有可能发生石墨化。温度升高，使石墨化加剧，但温度过高，非但不出现石墨化现象，反而使己生成的石墨与铁化合成渗碳体。
(3)T91钢管在运行中超温，组织发生退化，碳化物聚集并球化，钢管局部出现较大的蠕变变形，从而引起钢管爆裂。
(4)奥氏体不锈钢一般过热：奥氏体晶粒粗化，粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。组织由奥氏体＋δ相铁素体逐渐向奥氏体＋σ相组织转变，转变成σ相的组织使材料性能明显劣化。超温时间越长，σ相相转变越严重；奥氏体钢在高温长时间运行下铁素体相增多，本来没有磁性的奥氏体逐渐有了磁性。
在正常状态下，长期超温爆管主要发生在高温过热器的外圈和高温再热器的向火面。在不正常运行状态下，低温过热器、低温再热器的向火面均可能发生长期超温爆管。长期超温爆管根据工作应力水平可分为三种：高温蠕变型、应力氧化裂纹型、氧化减薄型。
1、产生失效的原因
（1）管内汽水流量分配不均； （2）炉内局部热负荷偏高； （3）管子内部结垢； （4）异物堵塞管子； （5）错用材料； （6）最初设计不合理；
（7）运行操作不当，烟气侧发热量与汽水侧吸热量平衡点在高温值，管壁温度超限。 2、故障位置
(1)高温蠕变型和应力氧化裂纹型主要发生在高温过热器的外圈的向火面；在不正常的情况下，低温过热器也可能发生； (2)氧化减薄型主要发生在再热器中。 3、爆口特征
长期过热爆管的破口形貌，具有蠕变断裂的一般特性。管子破口呈脆性断口特征。爆口粗糙，边缘为不平整的钝边，爆口处管壁厚度减薄不多。管壁发生蠕胀，管径胀粗情况与管子材料有关，碳钢管径胀粗较大。20号钢高压锅炉低温过热器管破裂，最大胀粗值达管径的15%，而12CrMoV钢高温过热器管破裂只有管径5%左右的胀粗。 (1)高温蠕变型
1)管子的蠕胀量明显超过金属监督的规定值，爆口边缘较钝； 2)爆口周围氧化皮有密集的纵向裂纹，内外壁氧化皮比短时超温爆管
厚，超温程度越低，时间越长，则氧化皮越厚和氧化皮的纵向裂纹分布的范围也越广；
3)在爆口周围的较大范围内存在着蠕变空洞和微裂纹； 4)向火侧管子表面已完全球化； 5)弯头处的组织可能发生再结晶；
6)向火侧和背火侧的碳化物球化程度差别较大，一般向火侧的碳化物己完全球化。 (2)应力氧化裂纹型:
1)管子的蠕胀量接近或低于金属监督的规定值，爆口边缘较钝，呈典型的厚唇状；
2)靠近爆口的向火侧外壁氧化层上存在着多条纵向裂纹，分布范围可达整个向火侧。内外壁氧化皮比短时超温爆管时的氧化皮厚； 3)纵向应力氧化裂纹从外壁向内壁扩展，裂纹尖端可能有少量空洞； 4)向火侧和背火侧均发生严重球化现象，并且管材的强度和硬度下降； 5)管子内壁和外壁的氧化皮发生分层；
6)燃烧产物中的S、Cl、Mn、Ca等元素在外壁氧化层沉积和富集。 (3)氧化减薄型
1)管子向火侧、背火侧的内外壁均产生厚度可达1.0～1.5mm的氧化皮；
2)管壁严重减薄，仅为原壁厚的1/3～l/8 ；
3)内、外壁氧化皮均分层，为均匀氧化。内壁氧化皮的内层呈环状条纹；
4)向火侧组织己经完全球化，背火侧组织球化严重，并且强度和硬度下降；
5)燃烧产物中的S、Cl、 Mn、Ca等元素在外壁氧化层沉积和富集，促进外壁氧化。
（二）短期过热
机理：短期过热是指当管壁温度超过材料的下临界温度时，材料强度明显下降，在内压力作用下，发生胀粗和爆管现象。
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