郭心愛 白靜(內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010020)

?

某廠省煤器管爆管原因分析

郭心愛 白靜
(內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院,內(nèi)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(jìn)行分析,得出其爆管原因為長時過熱與腐蝕介質(zhì)共同作用產(chǎn)生的腐蝕性熱疲勞開裂所致,給水質(zhì)量不合格導(dǎo)致管子內(nèi)壁大量結(jié)垢,導(dǎo)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(yán)重,產(chǎn)生長時過熱現(xiàn)象。加之給水質(zhì)量不合格,最終產(chǎn)生腐蝕性熱疲勞裂紋直至失效。

【關(guān)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(fā)生珠光體球化和碳化物聚集長大的現(xiàn)象,往往出現(xiàn)”雙晶界”現(xiàn)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(fā)生管子脹粗及有明顯的管壁減薄現(xiàn)象。管子的內(nèi)外壁通常有較厚的氧化層。熱疲勞損壞的管子一般都產(chǎn)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(fā)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(wǎng)狀裂紋,通常分布于管子內(nèi)壁。[1]

從微觀組織特征看,可以發(fā)現(xiàn)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(nèi)部往往充滿了灰色腐蝕產(chǎn)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(tuán)有限公司制造的層燃鍋爐,型號SHL20－1.25/300－AⅢ,額定蒸發(fā)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(chǎn)運行。2009年2月中旬發(fā)現(xiàn)#1爐省煤器彎管開裂泄漏。

圖1 爆口處宏觀形貌

圖2 內(nèi)壁裂紋形態(tài) ×100

省煤器管材質(zhì)20G,規(guī)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(xiàn)象,爆口不大,呈縫隙狀,外表面有較厚氧化皮。

爆管內(nèi)壁有較厚的白色結(jié)垢,主爆口附近有大量網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn),蠕變裂紋越少,蠕變裂紋沿外壁向內(nèi)裂開,內(nèi)表面組織呈方向性,沿內(nèi)壁有較多向內(nèi)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(nèi)部充滿了灰色物質(zhì),為典型的腐蝕形態(tài)裂紋。

爆口內(nèi)壁裂紋形態(tài)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(xué)元素分析

對爆管樣進(jìn)行化學(xué)元素分析試驗,從試驗數(shù)據(jù)看,檢驗結(jié)果均符合GB5310-2008標(biāo)準(zhǔn)對20G各元素要求。

4 試驗分析及結(jié)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(xiàn)象,爆口附近外表面有蠕變裂紋,且組織球化嚴(yán)重,為完全球化,說明此管在運行中有過熱現(xiàn)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(nèi)壁有較厚的白色結(jié)垢,主爆口附近有大量網(wǎng)絡(luò)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(nèi)部充滿了灰色物質(zhì),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(zhì)不合格引起的腐蝕性熱疲勞,其中內(nèi)壁網(wǎng)絡(luò)狀裂紋為腐蝕性熱疲勞裂紋,內(nèi)部灰色物質(zhì)說明裂紋在擴展中伴有明顯的氧化和腐蝕。

經(jīng)向廠家了解,確實在運行中有長期的水質(zhì)超標(biāo)現(xiàn)象,與以上結(jié)論相符。

由以上分析可知,此爆管是由于水質(zhì)不合格造成管內(nèi)壁嚴(yán)重結(jié)垢,導(dǎo)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(yán)重,產(chǎn)生長時過熱現(xiàn)象。加之給水質(zhì)量不合格,最終產(chǎn)生腐蝕性熱疲勞裂紋直至失效。

建議電廠加強給水質(zhì)量監(jiān)督,確保水質(zhì)合格。

參考文獻(xiàn):

[1]劉尚慈.金屬斷裂與失效分析.武漢:武漢水利電力學(xué)院,1992.

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

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