某厂省煤器管爆管原因分析

郭心爱 白静(内蒙古电力科学研究院,内蒙古呼和浩特 010020)



某厂省煤器管爆管原因分析

郭心爱 白静
(内蒙古电力科学研究院,内蒙古呼和浩特 010020)

【摘 要】从宏观、微观等方面对某火电厂20G省煤器管爆管原因进行分析,得出其爆管原因为长时过热与腐蚀介质共同作用产生的腐蚀性热疲劳开裂所致,给水质量不合格导致管子内壁大量结垢,导致管壁换热性能下降,管子平均温度升高,长期超温运行,使组织球化严重,产生长时过热现象。加之给水质量不合格,最终产生腐蚀性热疲劳裂纹直至失效。

【关键词】省煤器管 爆管 长时过热 腐蚀性热疲劳

(1)长时过热爆管特征。一般管长时过热爆管的破口形貌,具有蠕变断裂的一般特征。管子爆口呈脆性断口,破口粗糙,管样无明显胀粗及减薄,破口附近的管子外壁有许多与破口方向一致的纵向裂纹。[1]

爆管后钢的显微组织中发生珠光体球化和碳化物聚集长大的现象,往往出现”双晶界”现象,破口附近有大量的蠕变微裂纹。[1]

(2)热疲劳爆管特征。热疲劳引起的断裂是脆性断裂,在开裂处并不发生管子胀粗及有明显的管壁减薄现象。管子的内外壁通常有较厚的氧化层。热疲劳损坏的管子一般都产生不太大的裂口,在破口处呈缝隙状,很少有张开口的破口。在发生热疲劳破坏的零件表面有大量的裂纹。一种是密集的相互平行的直线型丛状裂纹,另一种是网状裂纹,通常分布于管子内壁。[1]

从微观组织特征看,可以发现热疲劳裂纹有穿晶型的,也有沿晶型的。裂纹尾端多为圆钝的,也有的稍尖热疲劳裂纹内部往往充满了灰色腐蚀产物。[1]

1 爆管情况及管样宏观特征

某热电厂#1启动锅炉为太原锅炉集团有限公司制造的层燃锅炉,型号SHL20－1.25/300－AⅢ,额定蒸发量20t/h,过热蒸汽温度300℃,过热蒸汽压力1.25MPa,于2007年12月投产运行。2009年2月中旬发现#1炉省煤器弯管开裂泄漏。

图1 爆口处宏观形貌

图2 内壁裂纹形态 ×100

省煤器管材质20G,规格Ф32×3mm。

从爆管宏观观察,爆口呈脆性断口,破口粗糙,边缘为不整齐的钝边,管壁无明显胀粗及减薄现象,爆口不大,呈缝隙状,外表面有较厚氧化皮。

爆管内壁有较厚的白色结垢,主爆口附近有大量网络状裂纹。爆口宏观形貌见图1。

2 微观组织特征分析

金相组织为铁素体和珠光体。

爆口处组织球化5级(完全球化)[2]。爆口附近外表面有蠕变裂纹,离爆口越远,蠕变裂纹越少,蠕变裂纹沿外壁向内裂开,内表面组织呈方向性,沿内壁有较多向内扩展裂纹,为穿晶型裂纹,裂纹尾部宽,端部较圆钝,稍有尖角,裂纹内部充满了灰色物质,为典型的腐蚀形态裂纹。

爆口内壁裂纹形态见图2。

爆口对面组织球化4.5级(中度球化与完全球化之间)[2]。

3 化学元素分析

对爆管样进行化学元素分析试验,从试验数据看,检验结果均符合GB5310-2008标准对20G各元素要求。

4 试验分析及结论

从宏观及微观组织形貌特征看:脆性断口,破口粗糙,管壁无明显胀粗及减薄现象,爆口附近外表面有蠕变裂纹,且组织球化严重,为完全球化,说明此管在运行中有过热现象,且为长时过热。

另一方面,爆管为脆性断裂,爆口不大,呈缝隙状,外表面有较厚氧化皮,内壁有较厚的白色结垢,主爆口附近有大量网络状裂纹,微观看为穿晶型小裂纹,裂纹端部圆钝,稍有尖角,裂纹内部充满了灰色物质,这些宏观和微观组织特征均符合腐蚀性热疲劳特征。是水质不合格引起的腐蚀性热疲劳,其中内壁网络状裂纹为腐蚀性热疲劳裂纹,内部灰色物质说明裂纹在扩展中伴有明显的氧化和腐蚀。

经向厂家了解,确实在运行中有长期的水质超标现象,与以上结论相符。

由以上分析可知,此爆管是由于水质不合格造成管内壁严重结垢,导致管壁换热性能下降,管子平均温度升高,长期超温运行,使组织球化严重,产生长时过热现象。加之给水质量不合格,最终产生腐蚀性热疲劳裂纹直至失效。

建议电厂加强给水质量监督,确保水质合格。

参考文献:

[1]刘尚慈.金属断裂与失效分析.武汉:武汉水利电力学院,1992.

[2]DL/T 674-1999,火电厂用20号钢珠光体球化评级标准[s].

作者简介:郭心爱(1979—),女,汉族,内蒙古土左旗人,内蒙古电力科学研究院金属所,化学专责,硕士,工程师,研究方向:金属材料失效分析及化学分析。