不锈钢锅炉管的失效和预防

不锈钢锅炉管失效类型主要有过热爆管、磨损失效、腐蚀失效、焊口泄漏、错用钢材等,对其失效特征、原因进行了分析,并提出了相应的预防措施。

不锈钢锅炉管相对于机械设备来说,它没有运动机械那种剧烈的磨损、振动、高度疲劳等问题,但由于其工作条件恶劣,受汽水品质、运行工况、烟气流程等条件的影响,爆漏事故较多,据统计中铝山西分公司热电厂8#炉2003年停炉15次,其中因三管爆漏而停炉6次,占40%,2004年7#炉停炉7次,其中因三管爆漏而停炉4次,占57%。因此,防止不锈钢锅炉管爆漏,已成为提高电厂安全经济运行的关键。不锈钢锅炉管失效的类型主要有:过热爆管、磨损失效、腐蚀失效、热疲劳失效、焊口泄漏、错用钢材等。

1过热爆管

过热爆管根据其超温幅度的不同,又分为长期过热爆管和短期过热爆管。

1.1长期过热爆管

不锈钢管在超温幅度不太大的情况下,材料持久强度下降,蠕变速度加快,不锈钢管发生胀粗直至破裂,称为长期过热爆管。1)失效特征。破口一般为粗糙脆性断口,边缘粗钝,一般爆口较小,呈鼓包状,外表面有较厚的氧化皮,于内外壁形成许多纵向裂纹,个别可能穿透不锈钢管壁厚,但破口不明显张开,破口处不锈钢管周长一般增加较少,其组织结构往往发生变化,碳化物明显球化,珠光体石墨化,有时向晶界偏聚,合金元素由固熔体向碳化物转移,在晶界处萌生蠕变孔洞,蠕变使得材料断裂韧性下降,塑性降低。2)失效原因。不锈钢锅炉管长期处于超温状态运行,长期超温可能是由于锅炉过负荷、汽水循环不良、燃烧中心偏差、管内壁结垢等。3)预防措施。稳定运行工况,监测运行温度,调整、改善燃烧工况,进行锅炉酸洗,去除内壁结垢等。

1.2短期过热爆管

1) 失效特征。破口边缘锐利,减薄很多,破口附近不锈钢管胀粗较大,破口常呈很大的喇叭型,外壁氧化不突出,无平行于破口的轴向裂纹,破口处的金相组织根据过热程度不同而不同,常是淬硬组织或淬硬组织加铁素体,破口处的硬度明显高于其它部位,管壁温度在Ac1以下,爆管后的组织为拉长的铁素体和珠光体,管壁温度为Ac1Ac3或超过Ac3,其组织决定于破口后喷射出工质的冷却能力,可分别得到低C马氏体、贝氏体、珠光体及铁素体,钢的强度大幅度下降。

2) 失效原因。异物堵塞不锈钢管,锅炉燃烧不稳,蒸汽流速低或汽水分层,温度调节不准,结垢等。

3) 预防措施。去除异物,稳定运行工况,改善炉内燃烧状况。

2磨损失效

1) 失效特征。磨损的局部性较明显,磨损减薄,直至爆管,与飞灰冲角呈30°45°时,磨损最大。

2) 失效原因。煤质不好,飞灰中夹带坚硬颗粒,冲刷不锈钢管表面。3)预防措施。选用合适煤种,合理设计省煤器结构,杜绝局部烟速过高,加装均流档板,在不锈钢管表面加装防磨盖板。

3腐蚀失效

3.1管外壁高温腐蚀

1) 失效特征。裂纹短而粗,裂纹中充满腐蚀介质和产物,具有腐蚀硫的特征,裂纹走向为穿晶型。

2) 失效原因。

a) 高温腐蚀起源于燃料中含有硫成分,燃烧后生成硫氧化物引起管外壁腐蚀减薄,不能承受管内压力时发生爆漏。

b) 管壁受到轴向的交变应力,这个应力可能来自于锅炉启停时热胀冷缩、炉管振动等。

3) 预防措施。改进交变应力集中区域的部件结构,避免运行时的机械振动。

3.2管外壁低温腐蚀

一般发生在烟温较低的省煤器和空气预热器,后者危害最大,它是由烟气中气态SO与水蒸汽化合生成硫酸液浓缩,加快管外壁腐蚀是低温段省煤器腐蚀泄漏原因之一。在低温时SO经催化剂作用转化而增多,这是与高温腐蚀时SO生成的主要区别,低温腐蚀会影响锅炉安全及经济出力,因此要严加防治。预防措施。提高空气预热器冷酸温度,采用低氧燃烧,降低烟气露点,定期吹灰,保持受热面洁净,采用耐腐蚀材料。

3.3氧腐蚀

1) 失效特征。发生在省煤器、过热器、给水管的内壁,腐蚀呈点状或坑状,腐蚀区没有过热现象,可能有腐蚀疲劳裂纹,省煤器和给水管主要在运行中产生,过热器主要在停炉时产生。

2) 失效原因。a)管内壁的钝化膜破裂,在破裂处发生电化学腐蚀。b)弯头处的应力集中,促使点蚀产生。c)弯头处受到热冲击,使弯头内壁产生疲劳裂纹。d)停炉时管内有积水。

3) 预防措施。加强不锈钢锅炉管使用前的保护,保持水质合格,严格控制PH值和含氧量,注意停炉保护。

4热疲劳失效

这种损坏多发生在金属温度变化幅度大的过渡处,如汽包上未加保护套管的给水管孔、省煤器、水冷壁、下集箱、减温器等。

1) 失效特征。产生大量裂纹,但无明显的塑性变形,裂纹沿晶内扩展,在裂纹周围有腐蚀产物,珠光体数量减少,通常伴随有局部的过热而产生球化现象,其组织为铁素体加珠光体加粒状碳化物。

2) 失效原因。温度循环变化,产生较高的交变压力而造成破坏,机械约束作用在应力集中处产生裂纹。

3) 预防措施。a)改进部件结构以适应热负荷强烈变化。b)启动时提高进入联箱等壁厚部件的给水温度。c)控制减温器的温度。d)放松机械约束,使应力集中程度减轻。

5焊口泄漏

焊缝质量太差,运行中造成泄漏,防止措施主要是加强焊缝质量检查。1994年铝厂曾因蒸汽导管错用钢材而爆管,防止措施主要是加强金属部件管理,做到钢材在入库前、使用时进行光谱分析,防止错用钢材。