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    省煤器管爆裂原因及應(yīng)對(duì)策略

    2019-10-26 03:33:08黎子鋒
    設(shè)備管理與維修 2019年10期
    關(guān)鍵詞:爆口吹灰省煤器

    黎子鋒

    (廣州恒運(yùn)企業(yè)集團(tuán)股份有限公司,廣東廣州 530730)

    1 簡(jiǎn)介

    廣州恒運(yùn)電廠現(xiàn)有2 臺(tái)東方鍋爐廠制造的超高壓、中間再熱、全懸吊、平衡通風(fēng)、自然循環(huán)、固態(tài)排渣鍋爐。省煤器為尾部豎井雙側(cè)布置,其受熱面分別布置在(二級(jí))低溫過(guò)熱器和低溫再熱器之后下部煙道內(nèi)。省煤器管排采用順列,逆流布置,兩圈并繞,豎井煙道兩側(cè)裝有16 臺(tái)長(zhǎng)伸縮式、4 臺(tái)長(zhǎng)槍式蒸汽吹灰器,使鍋爐運(yùn)行過(guò)程中保持受熱面清潔。鍋爐運(yùn)行10 幾年來(lái)情況良好,但在2016年運(yùn)行過(guò)程中省煤器管出現(xiàn)爆管現(xiàn)象,嚴(yán)重影響鍋爐正常運(yùn)行,為了解省煤器管爆裂泄漏原因,對(duì)爆裂省煤器管進(jìn)行分析,以進(jìn)一步采取預(yù)防改進(jìn)措施,避免同類事件發(fā)生,保障鍋爐安全運(yùn)行。

    2 鍋爐參數(shù)(表1)

    表1 鍋爐參數(shù)

    3 理化檢驗(yàn)

    3.1 宏觀觀察

    省煤器管爆裂口的宏觀形貌如圖1,爆口緊鄰省煤器管鰭片角焊縫焊趾,爆口長(zhǎng)約30 mm,最大開口約6 mm。沿最大爆口部位A-A 截面切割爆口部位,可見管內(nèi)壁光滑,未見明顯腐蝕痕跡,母材側(cè)爆口減薄嚴(yán)重,剩余壁厚約0.8 mm,爆裂口前沿有45°剪切唇,呈撕裂狀,具有明顯塑性開裂特征,見圖1b。沿B-B 截面切割爆口裂紋尖端前沿,可見毗鄰爆口位置的管材外表面圓弧已被削至平面狀,壁厚減薄嚴(yán)重(剩余壁厚約1 mm),見圖1c。

    3.2 化學(xué)成分分析

    對(duì)爆裂省煤器管③位置取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果表明省煤器管的化學(xué)成分符合20G 規(guī)定(表2)。

    3.3 拉伸試驗(yàn)

    在省煤器管爆口兩側(cè)分別取樣進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn),見圖2。結(jié)果表明省煤器管的抗拉強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度以及斷后伸長(zhǎng)率等均符合20G 規(guī)定(表3)。

    3.4 硬度測(cè)試

    圖1 省煤器管爆口宏觀形貌

    表2 省煤器管化學(xué)成分分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)

    對(duì)省煤器管最大爆口部位A-A 橫截面進(jìn)行硬度測(cè)試,測(cè)試位置見圖3,每個(gè)測(cè)點(diǎn)間隔>1 mm,結(jié)果表明爆裂省煤器管硬度測(cè)試結(jié)果基本符合有關(guān)規(guī)定(毗鄰爆口前沿位置的硬度稍高,可認(rèn)為是形變硬化造成的)(表3)。

    3.5 金相檢驗(yàn)

    為了解省煤器爆口處顯微組織變化情況,對(duì)省煤器管最大爆口部位A-A 橫截面進(jìn)行金相檢驗(yàn)。結(jié)果顯示該橫截面的顯微組織均為鐵素體+珠光體,珠光體片層結(jié)構(gòu)清晰可辨,爆口前沿可見纖維狀組織(圖4)。

    3.6 掃描電鏡形貌分析

    對(duì)裂口①、②位置進(jìn)行形貌觀察,結(jié)果顯示爆口表面有明顯的沖刷痕跡,見圖5a,且沖刷方向收斂于鰭片上方,見圖5b。

    4 剩余壁厚強(qiáng)度校核

    按 照 GB/T 16507.4—2013《水 管鍋爐 第4 部分:受壓元件強(qiáng)度計(jì)算》對(duì)省煤器管沖刷減薄部位進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。相關(guān)參數(shù):省煤器管外徑D0=32 mm,校核部位減弱系數(shù)Φmin=1(直管),按省煤器計(jì)算壓力P=16.15 MPa、計(jì)算溫度tc=296 ℃,許用應(yīng)力[σ]=114 MPa。計(jì)算結(jié)果為

    圖2 省煤器管力學(xué)性能試驗(yàn)取樣

    表3 省煤器管力學(xué)性能情況

    省煤器管的剩余壁厚0.8 mm<計(jì)算厚度(2.12 mm),不能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

    5 原因分析

    (1)省煤器管的化學(xué)成分分析、拉伸試驗(yàn)及硬度測(cè)試結(jié)果表明,材質(zhì)合格。

    (2)省煤器管爆口處金相檢驗(yàn)表明,此區(qū)域的金相組織均為鐵素體+珠光體,珠光體片層狀結(jié)構(gòu)清晰可辨,材質(zhì)并未發(fā)生劣化。

    圖3 硬度測(cè)試部位示意

    表3 省煤器管A-A 橫截面的硬度測(cè)試結(jié)果

    圖4 省煤器管爆口處顯微組織

    圖5 省煤器管爆口掃描電鏡形貌

    (3)爆口表面形貌觀察可知,省煤器管發(fā)生爆裂前,其表面曾受到某物質(zhì)沖刷,且沖刷方向來(lái)自于鰭片上方。

    (4)剩余壁厚強(qiáng)度校核可知,管壁的剩余壁厚(0.8 mm)小于省煤器計(jì)算厚度(2.12 mm),省煤器管在內(nèi)部介質(zhì)工作壓力作用下發(fā)生爆裂。

    6 結(jié)論

    省煤器管爆裂是由于管壁受到外物沖刷減薄,當(dāng)剩余壁厚不能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求時(shí),在省煤器管內(nèi)部介質(zhì)工作壓力作用下發(fā)生爆裂泄漏。為避免此類失效事件再次發(fā)生,采取以下措施:

    (1)綜合考慮吹灰效果和安全2 個(gè)因素,適當(dāng)調(diào)小吹灰器角閥的噴汽角度,對(duì)于經(jīng)常出現(xiàn)吹損減薄現(xiàn)象的區(qū)域安裝防磨護(hù)板。

    (2)對(duì)省煤器管束與吹灰器間距小、容易沖刷管排的區(qū)域添加堵板,禁止吹灰。

    (3)考慮設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的不確定性,為避免設(shè)備運(yùn)行故障、吹灰器卡澀時(shí)致使受熱面吹損的情況發(fā)生,根據(jù)自身運(yùn)行管理特點(diǎn),制定規(guī)范化、合理化的吹灰器運(yùn)行規(guī)范。

    (4)通過(guò)上述措施,省煤器運(yùn)行2 年多來(lái)未發(fā)現(xiàn)有類次爆管現(xiàn)象。

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