(2.134)--锅炉过热管蠕胀开裂水垢结构不合理长期过热.ppt

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1、锅炉过热管蠕胀开裂失效分析锅炉过热管蠕胀开裂失效分析目录一、背景介绍二、测试分析三、结论一、背景介绍一、背景介绍 某厂一台动力锅炉的二级过热某厂一台动力锅炉的二级过热管束低温段为管束低温段为20钢管，高温段为钢管，高温段为12CrMoV低合金耐热钢管。低温低合金耐热钢管。低温段段20钢管端部经扩管，高温段钢管端部经扩管，高温段12CrMoV钢管端部开坡口，两者钢管端部开坡口，两者在等厚度下对接焊接而成。在三年在等厚度下对接焊接而成。在三年使用过程中，多根管子的异种钢接使用过程中，多根管子的异种钢接头处均在头处均在20钢管端部爆管，右图为钢管端部爆管，右图为爆管位置及接头形式的示意。此过爆管位置

2、及接头形式的示意。此过热管内部通过热蒸汽，外部受高温热管内部通过热蒸汽，外部受高温火焰加热，火焰工作温度由火焰加热，火焰工作温度由966降至降至846，过热蒸汽设计压力为，过热蒸汽设计压力为3.82Mpa，蒸汽温度由，蒸汽温度由352上上升至升至450.图示为过热管蠕胀部位的图示为过热管蠕胀部位的实物照片，图中焊缝下部实物照片，图中焊缝下部为为12CrMoV钢管，上部钢管，上部为为20钢管，左边为蠕胀爆钢管，左边为蠕胀爆裂管，右部为蠕胀未爆裂裂管，右部为蠕胀未爆裂管。管。受火焰作用受火焰作用20钢管扩管处向外鼓胀，钢管扩管处向外鼓胀，鼓胀处管子外表面有许多平行轴向裂纹，鼓胀处管子外表面有许多平

3、行轴向裂纹，形貌如老树皮；鼓胀而致爆裂的爆口面粗形貌如老树皮；鼓胀而致爆裂的爆口面粗糙，不平整。如图所示，爆口宏观形貌显糙，不平整。如图所示，爆口宏观形貌显示超温幅度不大，却由于长期在应力作用示超温幅度不大，却由于长期在应力作用下发生蠕变韧性断裂。鼓胀处管子内部有下发生蠕变韧性断裂。鼓胀处管子内部有一层较厚垢层，厚度约一层较厚垢层，厚度约1mm，如图所示。，如图所示。二、测试分析二、测试分析图示为照片外壁表面金相，管壁裂纹从外向内有图示为照片外壁表面金相，管壁裂纹从外向内有明显的沿晶裂纹，靠内壁则无沿晶裂纹，说明裂明显的沿晶裂纹，靠内壁则无沿晶裂纹，说明裂纹始于外壁而向内扩展。纹始于外壁而向内

4、扩展。20钢正常金相组织为铁钢正常金相组织为铁素体素体+珠光体，而臌胀区微观组织显示珠光体形态珠光体，而臌胀区微观组织显示珠光体形态已经球化，相当于珠光体球化标准已经球化，相当于珠光体球化标准6级，即严重球级，即严重球化。图化。图5-6显示非胀区金相显微组织，珠光体也已显示非胀区金相显微组织，珠光体也已球化，但球化级别相当于球化，但球化级别相当于4级，为中度球化。级，为中度球化。在爆管的非鼓胀区取三个在爆管的非鼓胀区取三个20钢试样测试力学性能，钢试样测试力学性能，其室温抗拉强度分别为其室温抗拉强度分别为307.3Mpa，353.8Mpa，356.8Mpa。都低于。都低于GB/T8163-19

5、87标准中标准中20钢抗拉强度钢抗拉强度390-530Mpa的下限，说明的下限，说明此爆管金属此爆管金属强度严重下降强度严重下降。通过数学建模来分析过热束壁温与水垢的关系。通过数学建模来分析过热束壁温与水垢的关系。结果表明结果表明由于水垢存在，使得壁温增加由于水垢存在，使得壁温增加。水垢厚度。水垢厚度1mm，壁温增加到，壁温增加到501，比无水垢时的温度高，比无水垢时的温度高出出61。水垢厚度不一致，使过热的温度不均匀，水垢厚度不一致，使过热的温度不均匀，在局部地区超过了在局部地区超过了20钢的允许最大温度。钢的允许最大温度。三，结论三，结论1、水垢是引起管壁超温的主要原因。、水垢是引起管壁超

6、温的主要原因。2、爆管处为、爆管处为20钢扩管与钢扩管与12CrMoV焊接处附焊接处附近，此焊接成型工艺设计不合理，近，此焊接成型工艺设计不合理，20钢管此处钢管此处壁厚由壁厚由3.5mm减至减至3mm，并有残余应力，而，并有残余应力，而垢层和氧化膜的生成使管壁进一步减薄，从而垢层和氧化膜的生成使管壁进一步减薄，从而此处在正常运行时应力较大。此处在正常运行时应力较大。3、管壁金属长期过热运行，导致内部金属组织、管壁金属长期过热运行，导致内部金属组织珠光体严重球化，高温蠕变加速，加之钢材高珠光体严重球化，高温蠕变加速，加之钢材高温强度下降，最终导致管子在强度薄弱处或有温强度下降，最终导致管子在强度薄弱处或有缺陷处，即缺陷处，即20钢管扩管处鼓胀，爆管。钢管扩管处鼓胀，爆管。