锅炉受热面“四管”泄漏会使火电机组停机[1-2]。锅炉“四管”中水冷壁管所处的环境最为苛刻，管内外服役环境差异较大，受力最复杂，烟气腐蚀最严重，在服役过程中易发生吹损减薄、高温腐蚀、超温、碱腐蚀等事故，导致水冷壁管泄漏[3-5]。

某电厂2号锅炉为一次再热、平衡通风、全悬吊结构Π型超超临界参数变压直流炉，机组子2010年投运，累计运行时间为8 685.48 h。水冷壁设计介质的压力为31 MPa，温度为480 ℃。炉膛水冷壁为内螺纹管垂直上升式焊接膜式壁，其材料为15CrMoG钢，规格为28.6 mm×6.4 mm（直径×厚度）。前墙标高48 m处一水冷壁管（自炉左侧第74根管，EF层燃烧器上部偏炉右，处于蒸发区域）发生爆管事故，附近21根管子有横向裂纹。笔者采用一系列理化检验方法对水冷壁爆管原因进行分析，以避免该类问题再次发生。

1. 理化检验

1.1 宏观观察

对爆口处和远离爆口处的水冷壁管进行宏观观察，结果如图1所示。由图1可知：爆口处水冷壁管表面有明显的结垢，在向火侧表面分布有大量平行横向条纹，主爆口靠近焊缝，背火侧无结垢；远离爆口处的水冷壁管向火侧表面无结垢，在向火侧表面也有平行横向条纹。

图 1 爆口处和远离爆口处水冷壁管的宏观形貌

对爆口处和远离爆口处水冷壁管的剖面进行宏观观察，结果如图2所示。由图2可知：两个管子的向火侧外壁均可见大量的横向微裂纹，裂纹由外壁向内壁直线扩展，裂纹长短不一，有较明显的热疲劳裂纹特征；两个管子的背火侧未见明显裂纹。

图 2 爆口处和远离爆口处水冷壁管剖面的宏观形貌

1.2 化学成分分析

对开裂水冷壁管进行化学成分分析，结果如表1所示。由表1可知：开裂水冷壁管的化学成分符合GB/T 5310—2017《高压锅炉用无缝钢管》对15CrMoG钢的要求。

1.3 力学性能测试

在开裂水冷壁管的背火侧取样，依据GB/T 228—2021《金属材料 室温拉伸试验方法》，利用电子拉伸万能试验机对试样进行拉伸试验，采用弧形试样，保留试样原始表面状态，拉伸试验结果如表2所示。由表2可知：试样的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率均满足GB/T 5310—2017对15CrMoG钢的要求。

在爆口处和远离爆口处的水冷壁管上取样，依据GB/T 231.1—2018 《金属材料 布氏硬度试验 第1部分：试验方法》，采用台式硬度计对试样进行硬度测试，载荷为1 838.7 N，保持时间为10 s，硬度测试结果如表3所示。由表3可知：爆口处和远离爆口处的水冷壁管硬度均满足DL/T 438—2016 《火力发电厂金属技术监督规程》的要求（118~180 HBW），且向火侧和背火侧的硬度无显著差异。

1.4 金相检验

依据DL/T 884—2019 《火电厂金相检验与评定技术导则》对爆口处水冷壁管进行金相检验，结果如图3所示。由图3可知：向火侧组织为铁素体+贝氏体，珠光体部分已经分散，但仍保持原区域形态，球化级别为2~2.5级；背火侧组织为铁素体+贝氏体，珠光体形态完整，球化级别为1级。相对背火侧组织，向火侧组织的球化程度略高，表明向火侧金属壁温度较高，这在一定程度上加速了材料老化。

图 3 爆口处水冷壁管的显微组织形貌

爆口处水冷壁管的微观形貌如图4所示。由图4可知：向火侧外壁存在大量横向裂纹，多数裂纹形态为楔形，从外壁向内壁扩展，裂纹区域内存在氧化腐蚀产物，裂纹端部呈圆钝状，裂纹扩展形式为穿晶扩展，呈开裂→钝化→开裂特征[6-8]；向火侧内壁也存在横向裂纹，其形态与外壁裂纹类似，但数量和长度少于外壁裂纹；背火侧内外壁均未发现裂纹。

图 4 爆口处水冷壁管的微观形貌

1.5 扫描电镜（SEM）及能谱分析

利用扫描电镜和能谱仪对水冷壁管向火侧外壁的垢样进行分析，结果如图5所示。由图5可知：该垢样主要为烟灰成分，且含有较高浓度的S元素。