不銹鋼鍋爐管的失效和預防

不銹鋼(gang)鍋(guo)爐(lu)管失效(xiao)(xiao)類型主要(yao)有(you)過熱爆管(guan)、磨損(sun)失效(xiao)(xiao)、腐蝕失效(xiao)(xiao)、焊口泄漏、錯用鋼材等,對其失效特(te)征、原因(yin)進行了(le)分(fen)析,并(bing)提出了相應的預(yu)防措施(shi)。

不(bu)銹鋼鍋爐(lu)管相對于機械設備(bei)來說,它沒有運動機(ji)械那種劇烈的(de)磨損、振動、高(gao)度疲勞等(deng)問題,但由(you)于其工作(zuo)條件惡劣,受汽水品(pin)質、運行工(gong)況、煙氣流程等條(tiao)件的(de)影響,爆漏(lou)事故(gu)較(jiao)多,據統計中鋁山西(xi)分(fen)公司熱電廠8#爐(lu)2003年停爐15次(ci),其中因(yin)三管爆漏而停爐6次,占40%,2004年(nian)7#爐停(ting)爐7次,其中(zhong)因三管爆漏而停爐4次(ci),占57%。因此,防止不銹(xiu)鋼(gang)鍋(guo)爐(lu)管爆漏,已成為提高電(dian)廠安(an)全經濟運行的關鍵。不銹鋼鍋爐管失(shi)效的類型主(zhu)要有:過熱(re)爆管、磨損失(shi)(shi)效、腐(fu)蝕失(shi)(shi)效、熱(re)疲勞失(shi)(shi)效、焊口泄漏、錯(cuo)用鋼材(cai)等。

1過熱爆管

過熱(re)爆(bao)管根據其(qi)超溫幅度(du)的(de)不同,又分為長期(qi)(qi)過熱爆管和短期(qi)(qi)過熱爆管。

1.1長(chang)期(qi)過(guo)熱爆管

不銹鋼管(guan)在超溫幅度不太大的(de)情況下,材料持久強度下降,蠕(ru)變速度加快(kuai),不銹鋼管發生脹粗直至破裂(lie),稱為長(chang)期(qi)過熱爆管。1)失效特征。破口一般為粗糙脆性斷(duan)口,邊緣粗鈍(dun),一般爆口較(jiao)小,呈鼓包狀,外表面(mian)有較厚(hou)的氧化(hua)皮,于內外壁形成許多縱向(xiang)裂紋,個(ge)別可能穿透(tou)不銹鋼管壁厚,但破口不明顯張開(kai),破(po)口處不銹鋼管周長一般增(zeng)加(jia)較少(shao),其組織結構往往發生變化(hua),碳化物明顯球化,珠光體石墨化(hua),有(you)時向晶界偏(pian)聚,合金元素由固(gu)熔體向碳化物轉移,在晶(jing)界處萌生蠕變(bian)孔(kong)洞,蠕(ru)變(bian)使(shi)得(de)材料斷(duan)裂(lie)韌性(xing)下降,塑性降低。2)失效原因(yin)。不銹鋼鍋爐管(guan)長期處于超溫(wen)狀(zhuang)態運行,長(chang)期超溫可能是由(you)于鍋爐過負荷(he)、汽水(shui)循環不良、燃燒中心(xin)偏(pian)差、管內壁結(jie)垢等。3)預防(fang)措施。穩定(ding)運行工況,監測運行溫度(du),調整、改善(shan)燃燒工況,進行鍋(guo)爐酸(suan)洗,去除(chu)內(nei)壁(bi)結垢等。

1.2短期過(guo)熱爆管

1) 失效特征。破口邊緣銳利,減薄很(hen)多,破口附近(jin)不銹鋼管脹粗較大(da),破口常呈很大的(de)喇(la)叭型,外(wai)壁氧化不突出,無(wu)平(ping)行于破口的軸向(xiang)裂(lie)紋,破(po)口(kou)處的(de)金相組織根據過熱程度不(bu)同而不(bu)同,常是淬硬(ying)組織(zhi)或淬硬(ying)組織(zhi)加鐵素體(ti),破口處的硬度明顯高(gao)于(yu)其它部位,管壁溫度在Ac1以下,爆管后的(de)組織為拉長的(de)鐵素(su)體和珠光體,管壁溫度為Ac1Ac3或超過Ac3,其組織決定于破口后(hou)噴(pen)射出工質的冷卻能力,可分別得到低(di)C馬氏體、貝(bei)氏體、珠(zhu)光體及鐵素體,鋼的(de)強度大幅度下降。

2) 失(shi)效原因。異物堵塞不銹鋼管,鍋爐燃燒(shao)不穩(wen),蒸汽流速低或汽水分層,溫度調節不(bu)準,結垢(gou)等。

3) 預防(fang)措施。去除異物(wu),穩(wen)定(ding)運行工況,改善爐內(nei)燃燒狀(zhuang)況。

2磨(mo)損失效

1) 失效特征(zheng)。磨損的局部(bu)性較明(ming)顯(xian),磨(mo)損減(jian)薄,直(zhi)至爆管,與飛灰沖角呈30°45°時,磨(mo)損最大。

2) 失效原因。煤質不好,飛灰中夾帶堅硬顆(ke)粒,沖刷不銹鋼管(guan)表面。3)預防措(cuo)施(shi)。選用合適(shi)煤種,合理設(she)計省煤(mei)器(qi)結構,杜絕(jue)局部煙速過高,加裝(zhuang)均流檔板(ban),在不銹鋼(gang)管表(biao)面加裝防(fang)磨蓋板。

3腐蝕失(shi)效

3.1管外壁高溫腐蝕

1) 失效特征。裂(lie)紋(wen)短而(er)粗,裂紋中充滿腐(fu)蝕介質和產物(wu),具有腐蝕硫的特征,裂紋(wen)走向為穿晶型。

2) 失(shi)效原因。

a) 高溫腐蝕起源于燃料中含有硫成分(fen),燃燒(shao)后(hou)生成硫氧化物引起管外壁腐蝕減薄,不能承受(shou)管內壓力時發(fa)生爆漏(lou)。

b) 管壁受到軸向的交變應力,這個應力可能來自于鍋爐(lu)啟停時熱脹(zhang)冷縮、爐(lu)管振動等(deng)。

3) 預(yu)防措施。改進(jin)交(jiao)變(bian)應力集中區(qu)域的(de)部件結構,避免運(yun)行時的機械振動(dong)。

3.2管外壁低溫腐蝕(shi)

一般(ban)發生(sheng)在煙溫(wen)較低的省煤器(qi)(qi)和空氣預熱器(qi)(qi),后(hou)者危害最大,它是由煙氣(qi)中氣(qi)態SO與水蒸汽化合(he)生(sheng)成硫酸(suan)液濃縮,加快管外壁腐蝕是低(di)溫段(duan)省煤器腐蝕泄漏原因之一(yi)。在低(di)溫時(shi)SO經催化劑(ji)作用轉化而增多,這(zhe)是(shi)與高(gao)溫腐蝕時SO生成(cheng)的主(zhu)要區別,低溫腐蝕會影響鍋爐(lu)安全及(ji)經濟出(chu)力,因此(ci)要嚴(yan)加防(fang)治。預(yu)防(fang)措施。提高空(kong)氣預(yu)熱器冷酸(suan)溫度,采用低(di)氧燃(ran)燒,降(jiang)低(di)煙(yan)氣露點,定(ding)期吹(chui)灰,保持受(shou)熱面潔凈,采用耐腐蝕材料。

3.3氧(yang)腐蝕

1) 失(shi)效特征。發生在省煤器(qi)(qi)、過熱器(qi)(qi)、給水管的內(nei)壁,腐蝕(shi)呈點(dian)狀或(huo)坑狀,腐蝕區沒有過熱現象,可能(neng)有腐蝕疲勞裂(lie)紋,省煤器和給水管主要在運行中(zhong)產生,過熱器(qi)主要(yao)在停爐時產生。

2) 失效原因。a)管內壁的鈍(dun)化(hua)膜破裂(lie),在(zai)破裂處發生電(dian)化(hua)學腐(fu)蝕。b)彎頭處的(de)應力(li)集中(zhong),促使點蝕(shi)產生。c)彎頭處受到熱沖擊,使彎頭內壁(bi)產生疲(pi)勞(lao)裂紋(wen)。d)停爐時管內有積水。

3) 預防措施。加強不銹鋼鍋爐管使(shi)用前的保護,保(bao)持水質合格,嚴格(ge)控制PH值和含氧量,注意停爐(lu)保護。

4熱疲勞(lao)失效(xiao)

這種損壞(huai)多發(fa)生在金屬溫度變化幅度大的過(guo)渡處,如汽包上未加保護套管(guan)(guan)的給水管(guan)(guan)孔、省(sheng)煤(mei)器、水冷壁、下集箱、減(jian)溫器等(deng)。

1) 失(shi)效特征。產生(sheng)大(da)量(liang)裂(lie)紋,但無(wu)明顯(xian)的塑性變形,裂紋沿晶(jing)內(nei)擴(kuo)展,在裂紋(wen)周(zhou)圍(wei)有腐蝕產物,珠(zhu)光體(ti)數量減少,通常伴隨有局部的過熱而(er)產生球化現象,其組織為鐵素體(ti)加珠光體(ti)加粒狀碳化物(wu)。

2) 失效(xiao)原因。溫度循(xun)環變化,產(chan)生較高的交變壓(ya)力而造成破壞,機械約束(shu)作(zuo)用(yong)在應力集中處(chu)產生裂紋。

3) 預防(fang)措施。a)改(gai)進部件結構以適應熱負荷強烈變化。b)啟(qi)動時提(ti)高進入聯(lian)箱等壁厚部件(jian)的(de)給水溫度。c)控制減溫器的溫度。d)放(fang)松(song)機(ji)械(xie)約束(shu),使應(ying)力(li)集(ji)中(zhong)程度減輕。

5焊口泄漏

焊縫質量太差,運行中造成泄(xie)漏,防(fang)止措施(shi)主(zhu)要是加強(qiang)焊縫質量檢查(cha)。1994年鋁(lv)廠曾因(yin)蒸汽導管(guan)錯用鋼材(cai)而爆管(guan),防止措施主要是(shi)加強金屬(shu)部件管(guan)理,做到鋼材在入庫前、使(shi)用時進行光譜分析,防(fang)止(zhi)錯用鋼材。