某廠省煤器管爆管原因分析

郭心愛 白靜(內蒙古電力科學研究院,內蒙古呼和浩特 010020)

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某廠省煤器管爆管原因分析

郭心愛 白靜
(內蒙古電力科學研究院,內蒙古呼和浩特 010020)

【摘 要】從宏觀、微觀等方面對某火電廠20G省煤器管爆管原因進行分析,得出其爆管原因為長時過熱與腐蝕介質共同作用產生的腐蝕性熱疲勞開裂所致,給水質量不合格導致管子內壁大量結垢,導致管壁換熱性能下降,管子平均溫度升高,長期超溫運行,使組織球化嚴重,產生長時過熱現象。加之給水質量不合格,最終產生腐蝕性熱疲勞裂紋直至失效。

【關鍵詞】省煤器管 爆管 長時過熱 腐蝕性熱疲勞

(1)長時過熱爆管特征。一般管長時過熱爆管的破口形貌,具有蠕變斷裂的一般特征。管子爆口呈脆性斷口,破口粗糙,管樣無明顯脹粗及減薄,破口附近的管子外壁有許多與破口方向一致的縱向裂紋。[1]

爆管后鋼的顯微組織中發生珠光體球化和碳化物聚集長大的現象,往往出現”雙晶界”現象,破口附近有大量的蠕變微裂紋。[1]

(2)熱疲勞爆管特征。熱疲勞引起的斷裂是脆性斷裂,在開裂處并不發生管子脹粗及有明顯的管壁減薄現象。管子的內外壁通常有較厚的氧化層。熱疲勞損壞的管子一般都產生不太大的裂口,在破口處呈縫隙狀,很少有張開口的破口。在發生熱疲勞破壞的零件表面有大量的裂紋。一種是密集的相互平行的直線型叢狀裂紋,另一種是網狀裂紋,通常分布于管子內壁。[1]

從微觀組織特征看,可以發現熱疲勞裂紋有穿晶型的,也有沿晶型的。裂紋尾端多為圓鈍的,也有的稍尖熱疲勞裂紋內部往往充滿了灰色腐蝕產物。[1]

1 爆管情況及管樣宏觀特征

某熱電廠#1啟動鍋爐為太原鍋爐集團有限公司制造的層燃鍋爐,型號SHL20－1.25/300－AⅢ,額定蒸發量20t/h,過熱蒸汽溫度300℃,過熱蒸汽壓力1.25MPa,于2007年12月投產運行。2009年2月中旬發現#1爐省煤器彎管開裂泄漏。

圖1 爆口處宏觀形貌

圖2 內壁裂紋形態 ×100

省煤器管材質20G,規格Ф32×3mm。

從爆管宏觀觀察,爆口呈脆性斷口,破口粗糙,邊緣為不整齊的鈍邊,管壁無明顯脹粗及減薄現象,爆口不大,呈縫隙狀,外表面有較厚氧化皮。

爆管內壁有較厚的白色結垢,主爆口附近有大量網絡狀裂紋。爆口宏觀形貌見圖1。

2 微觀組織特征分析

金相組織為鐵素體和珠光體。

爆口處組織球化5級(完全球化)[2]。爆口附近外表面有蠕變裂紋,離爆口越遠,蠕變裂紋越少,蠕變裂紋沿外壁向內裂開,內表面組織呈方向性,沿內壁有較多向內擴展裂紋,為穿晶型裂紋,裂紋尾部寬,端部較圓鈍,稍有尖角,裂紋內部充滿了灰色物質,為典型的腐蝕形態裂紋。

爆口內壁裂紋形態見圖2。

爆口對面組織球化4.5級(中度球化與完全球化之間)[2]。

3 化學元素分析

對爆管樣進行化學元素分析試驗,從試驗數據看,檢驗結果均符合GB5310-2008標準對20G各元素要求。

4 試驗分析及結論

從宏觀及微觀組織形貌特征看:脆性斷口,破口粗糙,管壁無明顯脹粗及減薄現象,爆口附近外表面有蠕變裂紋,且組織球化嚴重,為完全球化,說明此管在運行中有過熱現象,且為長時過熱。

另一方面,爆管為脆性斷裂,爆口不大,呈縫隙狀,外表面有較厚氧化皮,內壁有較厚的白色結垢,主爆口附近有大量網絡狀裂紋,微觀看為穿晶型小裂紋,裂紋端部圓鈍,稍有尖角,裂紋內部充滿了灰色物質,這些宏觀和微觀組織特征均符合腐蝕性熱疲勞特征。是水質不合格引起的腐蝕性熱疲勞,其中內壁網絡狀裂紋為腐蝕性熱疲勞裂紋,內部灰色物質說明裂紋在擴展中伴有明顯的氧化和腐蝕。

經向廠家了解,確實在運行中有長期的水質超標現象,與以上結論相符。

由以上分析可知,此爆管是由于水質不合格造成管內壁嚴重結垢,導致管壁換熱性能下降,管子平均溫度升高,長期超溫運行,使組織球化嚴重,產生長時過熱現象。加之給水質量不合格,最終產生腐蝕性熱疲勞裂紋直至失效。

建議電廠加強給水質量監督,確保水質合格。

參考文獻:

[1]劉尚慈.金屬斷裂與失效分析.武漢:武漢水利電力學院,1992.

[2]DL/T 674-1999,火電廠用20號鋼珠光體球化評級標準[s].

作者簡介:郭心愛(1979—),女,漢族,內蒙古土左旗人,內蒙古電力科學研究院金屬所,化學專責,碩士,工程師,研究方向:金屬材料失效分析及化學分析。