電廠鍋爐水冷壁爆管及彎曲變形原因分析

1、電廠鍋爐水冷壁爆管及彎曲變形原因分析2004年 12月21日華北電力技術(shù)  2001.11吳利娟    大同第二發(fā)電廠(山西大同037043)摘要:通過(guò)對(duì)2號(hào)爐水冷壁爆管宏觀斷裂特征和微觀組織的觀測(cè),對(duì)水冷壁爆管及彎曲的原因進(jìn)行了綜合性的分析,查明了爆管原因,并提出了相應(yīng)的合理化建議。關(guān)鍵詞:鍋爐;水冷壁管;爆管;變形中圖分類(lèi)號(hào):TK223.1+1    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B    文章編號(hào):1003-9171(2001)11-0047-03收稿日期:2001-09-11   &#

2、160; 大同第二發(fā)電廠2號(hào)爐系東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG670/140-5型鍋爐,鍋爐結(jié)構(gòu)為單爐膛四角切圓燃燒布置、自然循環(huán)、干態(tài)排渣煤粉爐。主要技術(shù)參數(shù)為:額定蒸發(fā)量670t/h;過(guò)熱蒸汽溫度540;過(guò)熱蒸汽壓力13.7MPa;給水溫度240。    2號(hào)爐水冷壁于2000年12月1日11:30分爆破,爆管位于南墻第104根,標(biāo)高31m處,管材為St45.8,規(guī)格為D60×6.5mm。自1984年12月投產(chǎn)至2000年12月1日累積運(yùn)行時(shí)間為109352h。1宏觀分析    取爆管第104根及其鄰管第105、106、99根和北

3、墻的第107根、西墻的第106根為樣管進(jìn)行取樣分析。宏觀看,五根管都朝向火側(cè)彎翹,管圈呈橢圓形,背火側(cè)曲率半徑小于向火側(cè)。如圖2,管外壁都有不同程度的結(jié)焦,爆口不太大,長(zhǎng)213mm,寬19mm,破口的斷裂面粗造不平整,邊緣粗鈍。破口附近有平行于管子的軸向裂紋,管外壁有樹(shù)皮狀氧化皮。爆口是典型的脆性破斷口。2微觀分析    從爆破的第104管的不同標(biāo)高及第99、105、106管,北墻的第107、西墻的第106管分別取樣,分析結(jié)果見(jiàn)表1(試樣經(jīng)研磨、拋光,用4%硝酸酒精浸蝕)。    3綜合分析及結(jié)論   

4、從爆口是典型的脆性破斷口看,管子有長(zhǎng)期過(guò)熱跡象;從微觀組織看,珠光體球化,碳化物聚集,蠕變空洞和蠕變沿晶裂紋的形成和管外壁的嚴(yán)重結(jié)焦、氧化物由外壁向內(nèi)壁延伸,進(jìn)一步說(shuō)明了管子爆破是由于長(zhǎng)期超溫所致。4引起管子過(guò)熱的原因分析    (1)停爐后進(jìn)爐內(nèi)檢察發(fā)現(xiàn),爐內(nèi)水冷壁管積灰嚴(yán)重且管排有向爐內(nèi)彎曲現(xiàn)象,104號(hào)爆管的外觀與其周?chē)茏酉啾葻o(wú)明顯差異;通過(guò)對(duì)爆管不同標(biāo)高取樣與其它四根管子所取樣子的微觀組織進(jìn)行比較分析,發(fā)現(xiàn)爆管不同標(biāo)高處的組織球化級(jí)別不同,最高球化級(jí)別為3級(jí),且爆口處有蠕變空洞和蠕變微裂紋,有明顯的長(zhǎng)期過(guò)熱現(xiàn)象;而其它管樣的組織球化級(jí)別均為1.5級(jí),無(wú)長(zhǎng)

5、期過(guò)熱現(xiàn)象。由此推測(cè)104號(hào)管長(zhǎng)期過(guò)熱是因有異物堵塞。經(jīng)內(nèi)窺鏡探測(cè)在標(biāo)高14m處找到一直徑47mm,厚為6mm的鐵片。2001年4月26日,又發(fā)生同類(lèi)型的爆管事故,爆口位于北墻第110根,標(biāo)高31m處,在35m處找到同樣堵塞物。    (2)由于鐵片的存在,管子相當(dāng)于加裝了一個(gè)節(jié)流裝置,管內(nèi)介質(zhì)的流速雖然加快了,但流量減小,隨著管段的加長(zhǎng),介質(zhì)對(duì)水冷壁的冷卻作用逐漸下降,上升管中的含汽段加長(zhǎng),在1429m以下管內(nèi)流動(dòng)處于貼壁水膜較薄的汽柱狀流動(dòng)狀態(tài),29m以上因水膜被蒸干或被汽流撕破而導(dǎo)致傳熱惡化,使管壁金屬溫度超過(guò)允許數(shù)值,致使管子過(guò)熱爆破。第二次爆管,鐵片卡在

6、35m處,水冷壁內(nèi)的工質(zhì)發(fā)生循環(huán)停滯,管壁長(zhǎng)期得不到冷卻而爆破。    (3)從所查的9個(gè)樣管看都有不同程度的結(jié)焦,都有由外壁延伸到金屬基體的大片氧化物。由于灰污層的存在,使熱阻增加,導(dǎo)熱性降低,管壁溫度升高;管子表面溫度的升高,更便于焦渣的粘附,結(jié)焦過(guò)程成為自動(dòng)加劇的惡性循環(huán)過(guò)程。水冷壁結(jié)焦后,各部位的管子受熱不均勻,使正常的水循環(huán)受到影響,并造成水冷壁管的局部受熱不均勻。結(jié)焦的存在使104號(hào)管的壁溫進(jìn)一步提高,加速了裂紋的形成和擴(kuò)展,致使管子最后爆破。    (4)從割下的樣管看,管子都朝向火側(cè)膨脹彎曲而且管徑呈橢圓狀,背火側(cè)的膨

7、脹大于向火側(cè),從微觀組織可看出背火側(cè)的金相組織呈帶狀,說(shuō)明管子受到從爐墻向爐內(nèi)彎曲的應(yīng)力。在自然循環(huán)鍋爐中,各水冷壁受熱面和水冷壁的聯(lián)箱,由于受熱面的吸熱量不同以及水循環(huán)強(qiáng)弱不同,使水冷壁受熱不均勻而易產(chǎn)生變形;當(dāng)管子膨脹時(shí),各水冷壁下聯(lián)箱的下移數(shù)值是不同的,對(duì)于完全自由的懸掛式水冷壁,在水冷壁本身的重量以及管內(nèi)水的重量和下聯(lián)箱重量的作用下,逐漸伸直并產(chǎn)生殘留變形,在金屬內(nèi)發(fā)生應(yīng)力。因此對(duì)前后水冷壁裝設(shè)了固定的支座,限制下聯(lián)箱的下移,使其聯(lián)箱的下移值略小于該水冷壁的整個(gè)膨脹值。當(dāng)水冷壁自由膨脹的距離不足或管子的通道間隙被灰渣填滿(mǎn),以致管子頂在磚襯上時(shí),都將使管子向爐膛側(cè)彎曲,甚至發(fā)生脹口泄漏,出現(xiàn)環(huán)形裂紋。5建議    (1)在換管時(shí)嚴(yán)禁將焊渣等異物掉進(jìn)管內(nèi)。    (2)停爐檢查時(shí)要仔細(xì)觀察管外變形情況和結(jié)焦程度。    (3)穩(wěn)定燃燒,防止火焰偏斜使受熱面受熱不均勻。    (4)加