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    锅炉水冷壁爆管原因分析.doc

    • 资源ID:79327946       资源大小:34KB        全文页数:6页
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    锅炉水冷壁爆管原因分析.doc

    锅炉水冷壁爆管原因分析1概述 克石化厂热电厂1号锅炉DG130/3.82-4型,是以燃煤为主,兼烧天然气的两用型中压自然循环锅炉,型布置,背靠背结构,煤粉悬浮燃烧,固态排渣,钢结构,室内布置。炉膛四角切向布置煤粉,天然气燃烧器,无水平烟道,炉膛和后竖井皆由膜式壁组成,并布置有蒸汽和吹灰器装置,采用轻型炉墙。自投产以后,不到一年的时间,水冷壁中同一根炉管的同一部位,发生两起爆破事故。为此对水冷壁第二次爆管进行失效分析,以给解决爆管问题提供技术依据。 2爆管部位的检验 2.1水冷壁爆管情况 第二次爆破的特征比较复杂,在整个管段有一处57×34mm呈不规则矩形的严重爆破口,有两处类似裂纹的穿透型破口,见图1。另外,从穿透型破口中喷出的压力为3.82MPa的汽水混合物将附近一根水冷壁管刺穿,见图2。图中注出了金相取样点。 2.2硬度测试 爆管的硬度检测结果见表1,断面中部测点对应各金相取样点,由于爆管局部硬度偏低,用布氏(HB)无法测定时,改用里氏(HLD)检测。 2.3厚度测试 爆管及泄漏管厚度测试见表2。 由上表看出,各管段向火面厚度小于相应的背火面。 2.4材质分析 材质分析见表3。 由上表看出,各管段材质符合20号钢的标准。 3破口特征 3.1爆破口的形貌 爆破口张口不是很大,呈现不规则矩形,长边沿水冷壁管轴线方向;破口边缘比较锐利,减薄较多,由厚度测试知道最薄处仅为0.18mm左右;破口断裂面较为光滑,呈撕裂状;破口处表面附近有明显的脱层现象,仔细观察有平行于破口的轴向细微的金属纹路。从爆破口的形貌分析,该爆破口具有短期过热爆管的破口特征,但又夹杂了长期过热爆管的一些征状,因此仅凭形貌特征还不能断定爆管的类别。 3.2裂纹型破口形貌 破口并不太大,是沿水冷壁轴向的裂纹,破口表面有一层比较厚的氧化皮,较脆,局部有脱落现象。综合分析上述特征,破口具有蠕变断裂的脆性断口的形貌特征,但需进一步分析验证。 3.3冲刷泄漏管的形貌 破口呈现凹型,外表面在压力为3.82MPa左右的高压汽水混合物的冲击下,呈现为光滑的曲面,由于冲击力的作用,在受力最集中的地方,磨损也最大,同时又受管内汽水混合物压力及炉膛热应力作用,经过一定时间后被剌穿泄漏。 4爆破管的管径变化情况 水冷壁管因过热爆破之前,管径总是胀粗的。水冷壁管的爆破,正是管径胀粗超过了极限的结果。 由于水冷壁管有向火面与背火面之分,向火面管壁温度高,因而蠕变速度较大,该处金属强度也由于温度过高而降低;背火面管壁温度较低,因而蠕变速度也较小,而该处的金属强度也由于温度低而较高。这一现象在水冷壁管因短期超温过热爆管和长期过热爆管均如此。在水冷壁管管径胀粗的同时管壁也逐步变薄。随着管径胀粗及管壁减薄的程度不同,应力分布也同时发生了变化,并最终常常在向火面处发生爆破。测量可知爆破管段的相对胀粗值在20.8左右,裂纹型破口相对胀粗值在818,比较而言,爆破口管段胀粗比裂纹型破口管段严重。 5破口的组织和性能变化分析 用PME-3金相显微镜对各破口组织和性能变化分析如下。 5.1爆破口处的组织 爆破口边缘沿壁厚方向的金相组织为铁素体 珠光体 碳化物颗粒 粒状贝氏体,铁素体沿变形方向被拉长,碳化物明显增加。从破口组织看出,该管子爆破超温温度未超过20号钢的Ac1(约735)但接近Ac1点,因此在爆破时未形成奥氏体组织,而铁素体产生变形。当管子爆破后,水冷壁管内温度约300左右的汽水混合物从管内高速冲出,迅速冷却破口,使爆破边缘、组织内部碳原子重新分布,在奥氏体贫碳区开始形成大体平行的铁素体板条,碳几乎都富集到奥氏体中,铁素体板条进一步长大并侧向靠拢,最终将高碳奥氏体包围起来成孤立小岛。板条铁素体非常细小,难以辨认,只见到组合成的块状铁素体,从而得到粒状贝氏体。综上所述,结合形貌特征,该处爆管应属于短期过热爆管。 5.2爆破口下端向火面组织 爆破口下端向火面的组织为铁素体 珠光体 碳化物颗粒 粒状贝氏体。但铁素体晶粒未发生变形,碳化物不明显。从组织看,与爆破边缘相似,这是因为水冷壁管爆破后,破口附近与破口边缘有近似于热处理过程的缘故。 5.3爆破口背火面组织 爆破口处背火面的组织为铁素体 珠光体 碳化物颗粒,珠光体球化4级。与爆破口向火面组织相比较,组织中没有粒状贝氏体,这一区别比较明显,主要因为背火面由于膜式壁的阻隔,由爆破口喷出的汽水混合物不能到达背火面的缘故。 5.4裂纹型爆破口(1)的组织 裂纹型破口(1)处的组织内部已发生严重的裂纹,其组织均为铁素体 晶界碳化物,钢中渗碳体已分布在铁素体的晶界上,珠光体全部球化,组织发生畸变。硬度值由管外壁沿径向方向依次降低,迎火面235HLD,断面中部为124HB,而20号钢的硬度为156HB。结合形貌分析,该管段属于长期过热爆管。 5.5裂纹型爆破口(2)的组织 裂纹型破口(2)的组织为铁素体 晶界碳化物,珠光体全部球化,组织发生畸变。由于破口(2)与破口(1)间隔距离较近,故其组织和性能类似。该处破口也属于长期过热爆管。 5.6泄漏管边缘组织 泄漏管边缘金相组织为铁素体珠光体碳化物,珠光体球化4级,内壁侧组织为铁素体珠光体,是20号钢的原始组织,珠光体球化3级。该点的硬度值比正常组织的硬度值低,强度已有所下降。 5.7泄漏管泄漏部位下端向火面组织 泄漏管泄漏部位下端向火面组织为铁素体 珠光体,是20号钢的正常组织,这与爆破管喷出的汽水混合物连续冷却该刺穿部位有一定关系,其硬度由管内壁沿径向方向下降,低于正常组织硬度值,强度有所下降。 5.8泄漏管背火面组织 泄漏管泄漏部位背火面组织为铁素体 珠光体 碳化物,珠光体球化4级。硬度值远低于156HB,说明强度有所下降。 6结论 (1)水冷壁爆破管和冲刷泄漏管的材质符合20号钢的材质要求。 (2)水冷壁爆管段爆口边缘、下端及背火面组织中珠光体都有不同程度的球化(35级),且外壁球化较内壁严重,晶界上有碳化物析出,铁素体晶粒沿爆管变形方向被拉长,晶粒长大。由爆口特征及组织分析,此爆管属短期过热爆管。 (3)水冷壁裂纹型爆管段的珠光体已完全球化,组织为铁素体和碳化物,碳化物大量分布在铁素体的晶界上,晶粒沿周向被拉长,组织中有蠕胀裂纹。由爆口特征及组织分析,此爆管属长期过热爆破管。 (4)泄漏管的泄漏部位及其背火面组织珠光体,呈现不同程度的球化现象(34级),外壁较内壁严重,晶界上有碳化物析出。泄漏部位下端组织为铁素体和珠光体,未见异常变化。 (5)泄漏管水冷壁断面靠近内壁侧有带状组织分布,按照YB31-64A列标准确定带状组织程度为一级。有关资料表明,带状组织使钢机械性能产生各向异性,即沿着带状纵向的强度高,韧性好,横向的强度低,韧性差。 (6)水冷壁爆管处晶粒长大,根据YB-77标准判定晶粒度7级。其余晶粒度正常。 (7)水冷壁管向火面与背火面的组织是有差异的,这是因为向火面与背火面所处的温度水平不相同的缘故。总的来说向火面的硬度下降,强度降低,但当水冷壁发生短期过热爆管或长期过热爆管时,爆破口边缘及爆管局部的组织也是有差异的。 (8)综合上述分析,可以看出爆管的主要原因应是水循环设计问题,导致爆破管水循环不良,而炉膛内积灰结渣恶化了锅炉传热,使爆破管受热更差,最终导致爆管。要彻底解决问题,必须从水循环系统及锅炉结渣两方面进行分析和采取措施。

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