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汽轮机、锅炉主要零部件金属事故分析
发表于:2017-06-17 15:03 分享至:
锅炉受热面管子是在高温、应力和腐蚀介质作用下长期工作的,当管子钢材承受不了其工作状态的负荷时,就会发生不同形式的损坏而造成事故。火力发电厂锅炉受热面管子常见事故主要有以下几种类型:长时超温爆管、短时超温爆管,材质不良管和腐蚀热疲劳损坏。
 
(一)长时超温爆管
 
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。
 
长时超温的管子钢由于原子扩散加剧,导致钢材组织发生变化,使蠕变速度加快,持久强度降低,因此管子达不到设计寿命就提前爆破损坏。爆管大多发生在高温过热器管出口段的向火侧及管子弯头处,水冷壁管、凝渣管和省煤器等也时有发生。

在长时间超温爆管过程中,蒸汽和烟汽等腐蚀介质起了加速的作用。当管壁温度超过其氧化临界温度时,蒸汽和烟汽会使管壁产生一层较厚的氧化铁;在管子胀粗时,这层氧化铁将沿垂直于应力的方向裂开;于是重新裸露的金属在拉应力和蒸汽或烟汽的作用下产生应力腐蚀,加速裂纹扩展,最终导致爆裂。故破口具有脆性断裂特征,且往往有腐蚀产物存在于裂纹内。
 
(二)短时超温爆管
 
锅炉受热面管子在运行中冷却条件恶化、干烧,使管壁温度短期内突然升高,温度达到临界点(Ac1)以上,钢的抗拉强度急剧下降,管子应力超过屈服极限,产生剪切断裂而爆管,这种爆管称为短时超温爆管。
 
短时超温爆管大多发生在冷壁管燃烧带附近及喷燃器附近的向火侧和凝渣管上,省煤器和某些高压锅炉的屏式过热器也偶有发生。
 
由于短时超温的管壁温度高于Ac1,有时甚至高于Ac3,爆管时的汽水喷射犹如不同程度的淬火,因此,此时破口处的组织一般为低马氏体或贝氏体;过热器管破口也可能为珠光体和铁素体组织。显然,破口周围管材的硬度会明显增加。超温爆管除结构设计不当外,主要是超负荷运行、操作不当或管内脏物堵塞等原因造成的。超负荷运行会使对流过热器出口温度普遍升高,加剧了超温现象,以致管子蠕变加速;起动不正常而使燃烧发生剧烈变化、升压速度快或炉膛发生灭火放炮等都会引起管子超温;管内脏物或盐垢堵塞,会造成汽水循环不良,引起管子局部过热而很快导致爆管。
 
(三)材质不良引起的爆管
 
材质不良的爆管是指错用钢材或使用了有缺陷的钢材造成管子提早损坏。
 
由于用错材料,实际上是一种超温运行。按照拉尔森─米列尔方程估算,超温运行将会使钢管寿命大为缩短,有的甚至运行数千小时即发生爆管。 如材料本身存在裂纹、严重脱碳或夹杂等缺陷,或在安装、检修时使用了有折叠、结疤、裂口的钢管,则管子强度将被严重削弱,在高温运行过程中缺陷部位易产生应力集中,致使裂纹扩展、缺陷扩大而导致爆管。
 
(四)腐蚀性热疲劳裂纹损坏
 
锅炉受热面管子的汽水分层、省煤器管汽塞、过热器带水、减温减压阀门间隙性开启等,都会引起温度的拨动,造成交变热应力,产生热疲劳裂纹。并且,在腐蚀性介质作用下,这些管子上的疲劳裂纹特别容易产生在诸如表面粗糙、划痕、腐蚀坑等腐蚀速度较大的有缺口区域,所以称之为腐性热疲劳裂纹。腐蚀性热疲劳裂纹一般呈丛状单行分布,并垂直于应力方向。在管内壁为横向环状裂纹,裂纹较短,断口为带疲劳特征的脆性断口,
 
锅炉受热面管子在运行过程中,管壁直接与高温烟汽、水和蒸汽接触,也会产生其他腐蚀现象,引起管子过早的破裂损坏。象空气预热器等如在露天下工作,由于烟汽中有SO2,还会产生低温腐蚀损坏。