欧阳小平 杨 旭 吴海泓

（广东省特种设备检测研究院惠州检测院 惠州 516003）

2017年5月28日下午，惠州某热力公司一台分汽缸在操作人员例行的巡回检查中，发现主供汽接管的补强圈边缘有蒸汽泄漏，进一步检查发现泄漏处为穿透性裂纹，随即报告给公司负责人，在检验机构人员的敦促下停炉，避免了一起可能发生的分汽缸爆炸事故。

1 分汽缸基本数据及现场检查情况

该分汽缸系2017年5月3日新装投用，使用仅25天，分汽缸结构形式见图1，技术参数见表1。将分汽缸外保温全部拆除后，进行宏观检查，发现其外表面有多处裂纹，均已穿透并产生了泄漏（裂纹形态见图2、图3），外观未见腐蚀、塑性变形等缺陷。裂纹分布于接管c右侧区域，以接管c附近和右侧封头区域尤为集中。图2裂纹发生位置表明，裂纹产生位置与焊缝没有必然联系。

图1 分汽缸结构示意图

图2 外表面裂纹

图3 内表面裂纹

2 磁粉检测

按照NB/T 47013.4—2015《承压设备无损检测第4部分：磁粉检测》，采用磁轭法对分汽缸外表面对接焊缝、接管角焊缝及疑似裂纹部位进行磁粉检测，发现线性缺陷15处，磁痕尺寸22～290mm，裂纹集中在分汽缸的中、右侧上部区域，裂纹沿纵向或周向分布，以周向分布为主。

3 理化分析

3.1 材料分析及硬度检测

依据GB/T 17394.1—2014《金属材料 里氏硬度试验 第1部分 试验方法》进行布氏硬度检测，检测部位为分汽缸铭牌侧筒体中部偏左侧区域（位置见图1），检测结果见表2，结果表明材质硬度正常。对筒体材料进行了复验，结果见表3，结果与出厂质量证明书基本一致并满足GB 713—2014《锅炉和压力容器用钢板》的技术要求。

表1 分汽缸技术参数

表2 硬度检测结果表

表3 筒体材料化学成分复验结果对比表（Wt%）

3.2 金相组织分析

在分汽缸右侧丁字焊缝及筒体中部含裂缝处（如图1所示）切割取样，按照GB/T 13298—2015《金属显微组织检验方法》和DL/T 884—2004《火电厂金相检验与评定技术导则》进行金相显微组织检测，金相组织检测结果见图4～图8，母材基体组织为铁素体+珠光体，焊缝基体组织铁素体+珠光体+少量魏氏体，热影响区基体组织是铁素体+珠光体+魏氏体、铁素体呈网状分布；晶粒度为7级，大小正常。裂纹处金相分析结果显示：裂纹为树枝状，微观表现为沿晶分布特征。

图4 母材金相照片

图5 焊缝金相照片

图6 热影响区金相照片

图7 表面裂纹形态

图8 2-2＃表面裂纹形态

3.3 断口形貌显微镜检查

将割取的丁字焊缝处试样掰开，裂纹位置的断口形貌见图9，上部为外壁，下部则为内壁。从图9中可知，裂纹源于内表面，断口有明显放射状条纹，由内壁向外壁发散，同时可见多条浅状的疲劳辉纹[1]。

图9 裂纹断口宏观形貌 4×

3.4 断口分析

对断口进行清洗、干燥后，放置于扫描电子显微镜下观察，图10～图12为断口表面形貌。从图中可见，裂纹从晶粒粗大处（见图10）开裂，有明显的穿晶特征，断口中部母材区晶粒较细（见图11），存在小韧窝和细小的微裂纹，最后断裂区（见图12）分界线明显，未见韧窝。综合分析，断口中间区域伴随塑性变形成韧性断裂，总体表现为脆性断裂。

图10 裂纹源区微观形貌

图11 断口母材微观形貌

图12 最后断裂区微观形貌

4 原因分析

4.1 使用情况调查

该分汽缸发生泄漏事故属二次事故，原位置安装的旧分汽缸与现分汽缸的结构形式及技术参数完全一致，因同样的原因被报废拆除。旧分汽缸2010年10月安装投用，2016年底首次发现泄漏，使用单位隐瞒不报，并采取贴补方式修补，强行使用至新分汽缸更换。分汽缸的主要功能是将蒸汽汇集后通过主汽管向外输送至用户（见图1接管c），蒸汽来源有2处，一是1台UG-35/3.82-M34型锅炉产过热蒸汽做功后的泛汽，蒸汽温度195℃，工作压力0.9MPa，由接管f导入；二是2台SZL20-1.25-AⅡ锅炉（公司编号3＃、4＃炉）产的部分饱和蒸汽，工作压力1.0MPa，由接管g引入；接管d为除氧器用汽接口。3＃、4＃炉与分汽缸连接管路见图13。

图13 3＃、4＃锅炉与分汽缸连接管道图

据使用单位反映，从2016年下半年开始，因用汽负荷变化，3＃、4＃炉的供汽模式从2台同时启停改为晚间一停一用，蒸汽通过旁路管道向邻近用户供汽，余汽接入分汽缸。

现场核查时发现，3＃、4＃炉与分汽缸连接管路（见图13）于2008年安装，使用时间久，现场未见相关设计安装资料。4#炉与主蒸汽管道之间管段没有安装疏水装置，设计不合理。与3#炉相连接的管道装有疏水装置，但使用单位管理不到位，巡检人员没有及时发现疏水装置堵塞，疏水装置不能正常疏水。

4.2 事故原因综合分析

新旧分汽缸由不同制造单位制造生产，根据硬度及金相检测结果，结合分汽缸的损坏情况可以推断事故与制造质量无关。依照裂纹处断口形貌和金相检测情况分析可确定裂纹属疲劳裂纹。导致分汽缸产生疲劳的原因应是受到冷热温度的变化，即分汽缸在热的状态下遇到较低温度的水。分汽缸接管情况可知，能够提供水的接口共有2个，通过现场试验检查，排除了因锅炉主给水阀门泄漏从接管d导入分汽缸的可能性；因此，低温水只能是从接管b进入的。3＃、4＃炉与分汽缸的连接管道在运行期间始终处于连通状态，从图中可以看到，连接4#炉与主蒸汽管道之间为一段下沉式管道，该管段没有安装疏水装置，因而4#炉所产蒸汽的带水全部流入此管段；与3#炉相连接的管道虽然装有疏水器，但现场检查发现已完全堵塞，根据管道连接情况不难看出，3#炉所产蒸汽的带水也将流入上述下沉管段。当夜间仅开一台锅炉时，输入分汽缸的蒸汽量约为3t/h，在此工况下，若仅由与3#炉相连接的管道输送，根据蒸汽管道沿程压力损失公式[2]可计算出管道的压力降为285Pa（即28.5mmH2O水柱），压力损失非常小。在实际运行中，当下沉管道内积存有部分水将蒸汽阻隔时，蒸汽会因阻力原因不再流经此管段，导致该管段积水不断增加，并在夜间较长时间内缓慢冷却，使积水温度低于80℃（现场模拟测量）。现场对单台锅炉的带水量进行了测量，带水量为150L/h，按每晚12h计，流入下沉管段的总水量约为1.8m3，与其容积相当。

当白天2台锅炉同时使用时，因蒸汽流量大幅增加，使管道阻力迅速上升，在短时间内将下沉管段内的积水全部推入分汽缸，在分汽缸内过热蒸汽的强力扰动下，积水被冲撞到分汽缸的内壁，使壁温迅速下降（内外壁温差可达115℃），形成温差应力；在每天一次温差应力的反复作用下，分汽缸内壁产生疲劳裂纹并最终扩展成穿透性裂纹，导致泄漏事故。据操作人员反映自改变供汽模式后，当3＃、4＃炉同时供汽时，分汽缸内有水疏出，从而印证了上述分析结果。

改进措施：在3＃、4＃锅炉主汽阀出口端的蒸汽管路上加装分汽缸和疏水器，同时在输汽管道的最低处设置疏水装置，确保饱和蒸汽在并入集汽分汽缸时不会大量带水。

5 结束语

根据事故原因的综合分析，这是一起因蒸汽管道设计安装不合理，运行操作管理不到位而引起的分汽缸开裂泄漏事故。使用单位在事故原因不明的情况下，强行对裂纹进行贴补，险些酿成爆炸事故，值得警醒和深思。

1）强化法律法规意识和安全意识。在特种设备运行过程中，使用单位发现事故隐患，应立即进行处理，情况紧急时，须停止使用；经过检验检测或安全评定，查明缺陷情况和原因，需要重大修理的，一定要按照法规的要求进行，违法修理将受到处罚。

2）压力管道的设计安装，一定要严格执行法规、标准和技术规范，不能因设备增加或工艺变化而随意降低技术要求，产生不安全因素。对蒸汽管道而言，在最低位设置疏水装置是保证管道和设备安全的重要技术措施，应当给予充分的重视。

3）现行压力管道国家标准TSG D0001—2009《压力管道安全技术监察规程——工业管道》、GB/T 20801—2006《压力管道》中，未对蒸汽管道疏水装置的设置、安装、检验、使用管理提出相应的要求，容易忽略疏水装置，造成管道积水。因此，在国家标准TSG D0001—2009《压力管道安全技术监察规程——工业管道》、GB/T 20801—2006《压力管道》中，应要求蒸汽管道安装疏水装置，并定期检查，以保证其功能正常。

4）压力容器国家标准中（ TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》）未对饱和蒸汽和过热蒸汽混合使用的设备（分汽缸）提出相应的技术要求，容易造成容器的疲劳失效。因此，在压力容器的相关国家标准中（TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》），应对此类设备提出具体的技术要求：1）在设计时，应当考虑温差应力的影响，做到合理混合蒸汽；2）饱和蒸汽不得带水进入容器。

参考文献

[1]沈松泉，黄振仁，顾竟成，等．压力管道安全技术[M]．南京：东南大学出版社，2000：349．

[2]姜永顺．蒸汽供热管道沿程压力损失简易计算法[J]．暖通空调，2000，30（05)：77-79．