不銹鋼鍋爐管的失效和預防

不銹鋼鍋爐管失效類型主要有過熱爆管、磨損失效、腐蝕失效、焊口泄漏、錯用鋼材等,對其失效特征、原因進行了分析,并提出了相應的預防措施。

不銹鋼鍋爐管相對于機械設(shè)備來說,它沒有運動機械那種劇烈的磨損、振動、高度疲勞等問題,但由于其工作條件惡劣,受汽水品質(zhì)、運行工況、煙氣流程等條件的影響,爆漏事故較多,據(jù)統(tǒng)計中鋁山西分公司熱電廠8#爐2003年停爐15次,其中因三管爆漏而停爐6次,占40%,2004年7#爐停爐7次,其中因三管爆漏而停爐4次,占57%。因此,防止不銹鋼鍋爐管爆漏,已成為提高電廠安全經(jīng)濟運行的關(guān)鍵。不銹鋼鍋爐管失效的類型主要有:過熱爆管、磨損失效、腐蝕失效、熱疲勞失效、焊口泄漏、錯用鋼材等。

1過熱爆管

過熱爆管根據(jù)其超溫幅度的不同,又分為長期過熱爆管和短期過熱爆管。

1.1長期過熱爆管

不銹鋼管在超溫幅度不太大的情況下,材料持久強度下降,蠕變速度加快,不銹鋼管發(fā)生脹粗直至破裂,稱為長期過熱爆管。1)失效特征。破口一般為粗糙脆性斷口,邊緣粗鈍,一般爆口較小,呈鼓包狀,外表面有較厚的氧化皮,于內(nèi)外壁形成許多縱向裂紋,個別可能穿透不銹鋼管壁厚,但破口不明顯張開,破口處不銹鋼管周長一般增加較少,其組織結(jié)構(gòu)往往發(fā)生變化,碳化物明顯球化,珠光體石墨化,有時向晶界偏聚,合金元素由固熔體向碳化物轉(zhuǎn)移,在晶界處萌生蠕變孔洞,蠕變使得材料斷裂韌性下降,塑性降低。2)失效原因。不銹鋼鍋爐管長期處于超溫狀態(tài)運行,長期超溫可能是由于鍋爐過負荷、汽水循環(huán)不良、燃燒中心偏差、管內(nèi)壁結(jié)垢等。3)預防措施。穩(wěn)定運行工況,監(jiān)測運行溫度,調(diào)整、改善燃燒工況,進行鍋爐酸洗,去除內(nèi)壁結(jié)垢等。

1.2短期過熱爆管

1) 失效特征。破口邊緣銳利,減薄很多,破口附近不銹鋼管脹粗較大,破口常呈很大的喇叭型,外壁氧化不突出,無平行于破口的軸向裂紋,破口處的金相組織根據(jù)過熱程度不同而不同,常是淬硬組織或淬硬組織加鐵素體,破口處的硬度明顯高于其它部位,管壁溫度在Ac1以下,爆管后的組織為拉長的鐵素體和珠光體,管壁溫度為Ac1Ac3或超過Ac3,其組織決定于破口后噴射出工質(zhì)的冷卻能力,可分別得到低C馬氏體、貝氏體、珠光體及鐵素體,鋼的強度大幅度下降。

2) 失效原因。異物堵塞不銹鋼管,鍋爐燃燒不穩(wěn),蒸汽流速低或汽水分層,溫度調(diào)節(jié)不準,結(jié)垢等。

3) 預防措施。去除異物,穩(wěn)定運行工況,改善爐內(nèi)燃燒狀況。

2磨損失效

1) 失效特征。磨損的局部性較明顯,磨損減薄,直至爆管,與飛灰沖角呈30°45°時,磨損最大。

2) 失效原因。煤質(zhì)不好,飛灰中夾帶堅硬顆粒,沖刷不銹鋼管表面。3)預防措施。選用合適煤種,合理設(shè)計省煤器結(jié)構(gòu),杜絕局部煙速過高,加裝均流檔板,在不銹鋼管表面加裝防磨蓋板。

3腐蝕失效

3.1管外壁高溫腐蝕

1) 失效特征。裂紋短而粗,裂紋中充滿腐蝕介質(zhì)和產(chǎn)物,具有腐蝕硫的特征,裂紋走向為穿晶型。

2) 失效原因。

a) 高溫腐蝕起源于燃料中含有硫成分,燃燒后生成硫氧化物引起管外壁腐蝕減薄,不能承受管內(nèi)壓力時發(fā)生爆漏。

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

3) 預防措施。改進交變應力集中區(qū)域的部件結(jié)構(gòu),避免運行時的機械振動。

3.2管外壁低溫腐蝕

一般發(fā)生在煙溫較低的省煤器和空氣預熱器,后者危害最大,它是由煙氣中氣態(tài)SO與水蒸汽化合生成硫酸液濃縮,加快管外壁腐蝕是低溫段省煤器腐蝕泄漏原因之一。在低溫時SO經(jīng)催化劑作用轉(zhuǎn)化而增多,這是與高溫腐蝕時SO生成的主要區(qū)別,低溫腐蝕會影響鍋爐安全及經(jīng)濟出力,因此要嚴加防治。預防措施。提高空氣預熱器冷酸溫度,采用低氧燃燒,降低煙氣露點,定期吹灰,保持受熱面潔凈,采用耐腐蝕材料。

3.3氧腐蝕

1) 失效特征。發(fā)生在省煤器、過熱器、給水管的內(nèi)壁,腐蝕呈點狀或坑狀,腐蝕區(qū)沒有過熱現(xiàn)象,可能有腐蝕疲勞裂紋,省煤器和給水管主要在運行中產(chǎn)生,過熱器主要在停爐時產(chǎn)生。

2) 失效原因。a)管內(nèi)壁的鈍化膜破裂,在破裂處發(fā)生電化學腐蝕。b)彎頭處的應力集中,促使點蝕產(chǎn)生。c)彎頭處受到熱沖擊,使彎頭內(nèi)壁產(chǎn)生疲勞裂紋。d)停爐時管內(nèi)有積水。

3) 預防措施。加強不銹鋼鍋爐管使用前的保護,保持水質(zhì)合格,嚴格控制PH值和含氧量,注意停爐保護。

4熱疲勞失效

這種損壞多發(fā)生在金屬溫度變化幅度大的過渡處,如汽包上未加保護套管的給水管孔、省煤器、水冷壁、下集箱、減溫器等。

1) 失效特征。產(chǎn)生大量裂紋,但無明顯的塑性變形,裂紋沿晶內(nèi)擴展,在裂紋周圍有腐蝕產(chǎn)物,珠光體數(shù)量減少,通常伴隨有局部的過熱而產(chǎn)生球化現(xiàn)象,其組織為鐵素體加珠光體加粒狀碳化物。

2) 失效原因。溫度循環(huán)變化,產(chǎn)生較高的交變壓力而造成破壞,機械約束作用在應力集中處產(chǎn)生裂紋。

3) 預防措施。a)改進部件結(jié)構(gòu)以適應熱負荷強烈變化。b)啟動時提高進入聯(lián)箱等壁厚部件的給水溫度。c)控制減溫器的溫度。d)放松機械約束,使應力集中程度減輕。

5焊口泄漏

焊縫質(zhì)量太差,運行中造成泄漏,防止措施主要是加強焊縫質(zhì)量檢查。1994年鋁廠曾因蒸汽導管錯用鋼材而爆管,防止措施主要是加強金屬部件管理,做到鋼材在入庫前、使用時進行光譜分析,防止錯用鋼材。