锅炉在工业生产中扮演着重要角色，但在锅炉运行中，大量水垢易堵塞水冷壁管，导致水冷壁出现超温过热、胀粗等情况，进而引发爆管，甚至会造成人员伤亡。因此，要做好锅炉水冷壁胀粗、爆管的原因分析，避免发生此类问题，为锅炉的安全运行提供保障 ^[1-5] 。

本次检验锅炉为UG-160/9.8-M3型的高温高压参数、单锅筒横置式、单炉膛、自然循环、全悬吊结构、全钢架Π型布置的循环流化床锅炉。锅炉运转层以上露天，运转层以下封闭，在运转层8m标高设置混凝土平台。炉膛采用膜式水冷壁，锅炉中部是蜗壳式汽冷旋风分离器，尾部竖井烟道布置两级三组对流过热器，过热器下方布置三组膜式省煤器及一、二次风各二组空气预热器。锅炉的设计负荷为160t/h。该锅炉于2007年投产运行，至今已累计运行超过104137h。

该锅炉停炉检查过程中发现炉膛前墙标高20~28m位置的部分水冷壁管存在轻微鼓包的情况，水冷壁管的设计材质为20G，规格均为Φ60×5.0mm；介质为锅炉炉水，工作压力约为11MPa。为了解该锅炉水冷壁的健康状态及寿命，确保机组的长期安全稳定运行，对水冷壁鼓包管段取样进行综合性的材质评定、试验分析。

水冷壁鼓包意味着此处发生了塑性变形，是运行工况下应力、温度和时间三者共同作用的结果 ^[6] 。水冷壁管鼓包的根本原因在于水冷壁发生局部过热，从而使管壁金属强度显著降低，造成管子过热变形鼓包甚至爆管，而水冷壁管内结垢是造成水冷壁鼓包的常见原因 ^[7] 。

20G在常温下的组织为铁素体+珠光体，片状珠光体是一种不稳定的组织，珠光体中的片层状渗碳体会以减小界面能为驱动力，向球状渗碳体转变，这是自发过程 ^[8] 。当温度较高时，原子活动力增强，扩散速度增加，珠光体的球化速度加快，使得材料的强度降低，在内部蒸汽压力的作用下出现鼓包甚至爆管事故。

金相检验结果表明，管子鼓包处珠光体中的碳化物已经分散，并逐渐向晶界扩散，珠光体形态尚明显，发生了3.5级轻度球化，可知该处由于金相组织轻度老化使得材料强度降低。扫描电子显微镜和能谱分析结果表明管内壁存在腐蚀产物，由此可知，管子内壁的腐蚀产物导致管壁局部区域出现传热不良、管壁超温，在内部蒸汽压力作用下发生塑性变形，引起鼓包的同时管壁减薄。

水冷壁管的化学成分、力学性能检验结果均符合标准要求，壁厚有轻微减薄，鼓包处的金相组织中珠光体中的碳化物已经分散，珠光体形态尚明显，发生了3.5级轻度球化，扫描电子显微镜及能谱结果显示鼓包处内壁有腐蚀产物。

该处水冷壁管鼓包的主要原因是： 管子内壁的腐蚀产物导致管壁局部区域传热不良，导致管壁超温，在内部蒸汽压力作用下发生塑性变形，引起鼓包同时存在管壁减薄。

根据上述结论，提出以下建议：

(1)加强对鼓包水冷壁管段的金属监督，跟踪观察鼓包是否存在持续蠕变增大的情况，视变化情况采取处置措施；

(2)加强对锅炉汽水品质的监督，定期进行水冷壁管内部除垢，避免水垢堆积，导致水管传热受阻；

(3)加强对水冷壁的金属检测工作，发现减薄、胀粗的管子要及时更换。