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《(論文)蒸汽吹灰導(dǎo)致水冷壁彎管裂紋的原因分析》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、吹灰孔水冷壁彎管裂紋的原因分析韓寶軍(大唐長(zhǎng)山熱電廠,吉林松原,131109)???摘 要:對(duì)因吹灰器損壞,導(dǎo)致蒸汽直接吹掃水冷壁彎管上,造成裂紋的原因進(jìn)行了理論分析和計(jì)算,提出了對(duì)策?!£P(guān)鍵詞:吹灰;水冷壁;裂紋;原因 大唐長(zhǎng)山熱電廠九號(hào)爐為HG-670/13.73-540/540-12型鍋爐,于1998年進(jìn)行吹灰器改造,將原有爐膛及尾部煙道的各式吹灰器均改造為聲波吹灰器,改造后吹灰效果良好,穩(wěn)定運(yùn)行至今。1 問題的提出 2004年8月發(fā)生爐膛2個(gè)吹灰器墻孔處水冷壁彎管裂紋漏泄事故,位置在27米標(biāo)高,爐膛乙側(cè)#7及爐后#6吹灰
2、器墻孔處。兩處漏泄點(diǎn)特征一致:①墻孔彎管內(nèi)弧鰭片端部;②橫向裂紋;③吹灰器及其外套筒均吹損;④水冷壁及鰭片表面無沖刷磨損痕跡。該爐水冷壁規(guī)格為Φ60*6.5,材質(zhì)為20G,鰭片管截面如圖1所示,該處彎管彎曲半徑R=100mm,吹灰器套筒直徑Φ133mm,具體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。42 原因分析 兩處發(fā)生的裂紋均為沿鰭片橫向裂紋,具體部均在如圖1所示的彎曲內(nèi)弧處。兩個(gè)吹灰器均發(fā)生嚴(yán)重的損壞:發(fā)聲腔脫落,套筒沖刷破損。這種墻孔的水冷壁彎管在這臺(tái)爐上至少有20多個(gè),運(yùn)行多年來從未發(fā)生過類似事件,從吹灰器的損壞情況來看,應(yīng)該為吹灰器所用蒸
3、汽吹至水冷壁上所致。由于當(dāng)時(shí)停備時(shí)間很短,沒有割管檢查進(jìn)行具體的分析,只作了打磨補(bǔ)焊處理。從打磨情況來看,裂紋由鰭片的背火面端部延伸至管子內(nèi)壁。通過漏泄點(diǎn)的具體特征可以判斷:①漏泄非沖刷磨損減薄所致;②必定有應(yīng)力的存在才導(dǎo)致裂紋。分析得到:吹灰器發(fā)聲腔燒損脫落后,蒸汽即呈散射狀噴入,最先將其外部套筒沖刷,然后吹至水冷壁彎管處。因吹灰器所用工質(zhì)為冷段再熱蒸汽,其取自冷段入口管道,經(jīng)減壓后溫度約為280~290℃。低溫的蒸汽吹至較高溫度運(yùn)行中的水冷壁表面,即造成熱應(yīng)力。由于吹灰器是間斷投入的,這樣每一次投入就造成一次的熱應(yīng)力交變。吹灰器
4、每個(gè)班至少投入2次,反復(fù)的交變應(yīng)力再加上彎管內(nèi)弧部位的應(yīng)力集中,最終導(dǎo)致裂紋。下面就蒸汽吹至水冷壁鰭片表面造成的熱應(yīng)力進(jìn)行估算。該爐設(shè)計(jì)運(yùn)行中的水冷壁管內(nèi)式質(zhì)溫度為343℃,爐膛水冷壁表面熱流密度為74.36kw/m2,根據(jù)以下公式: 其中:t2___管外壁溫度℃tgz___工質(zhì)溫度℃4β____d2/d1=60/(60-2*6.5)=1.2765α2____ 管內(nèi)壁放熱系數(shù),α2=1500w/m2℃λ_____管子的導(dǎo)熱系數(shù),用內(nèi)插法求得λ=42.3w/m·℃S_____壁厚S=6.5mmtd____鰭片端部溫度℃h____鰭片高
5、度h=9.5mmA____形狀系數(shù)其中a=bd/bg,bd為管端鰭片寬度6mm,bg為管根鰭片寬度9.5mm。不考慮管內(nèi)壁結(jié)垢、爐內(nèi)及鍋內(nèi)工況變化等因素,計(jì)算該處鰭片端部溫度:t2=412.69℃td=437.3℃利用管子熱應(yīng)力計(jì)算公式近似求鰭片表面受到低溫蒸汽的冷卻產(chǎn)生的熱交變應(yīng)力:其中α___線膨脹系數(shù),用內(nèi)插法查算20G在437℃時(shí)的α=1.387*10-5mm/℃ E____鋼材的彈性模量,用內(nèi)插法查算20G在437℃時(shí)E=1.52*105MPaμ____泊桑比,取0.3 tw-tn____交變溫度差求得=-228.9M
6、pa,即其產(chǎn)生的收縮應(yīng)力與管子內(nèi)工質(zhì)的作用力相反。查20G在400℃時(shí)的σs=172Mpa,而由于溫差造成的應(yīng)力卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其屈服極限,通過多次的循環(huán),最終造成該處水冷壁彎管處的裂紋。3.對(duì)策3.1對(duì)吹灰器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),避免造成吹灰器損壞后蒸汽直接吹掃在水冷壁管上:套筒整體材質(zhì)改用1Cr18Ni9Ti,壁厚改為8mm,吹灰器本體向外移50mm,套筒伸至水冷壁彎管內(nèi)。3.2利用檢修機(jī)會(huì)將爐膛部分的墻孔水冷壁彎管更換為同規(guī)格無鰭片光管式彎管,這樣就避免了存在鰭片端部高溫及彎曲應(yīng)力集中嚴(yán)重等情況。3.4保證吹灰器套筒外部耐火塑料填塞密實(shí)。3
7、.5加強(qiáng)運(yùn)行中的吹灰器的投運(yùn)監(jiān)視和管理,及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況;定期進(jìn)行吹灰器的抽出檢查,對(duì)出現(xiàn)損壞的吹灰器及其套筒及時(shí)進(jìn)行檢修。4.結(jié)束語???金屬部件在交變溫度的作用下,會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的熱交變應(yīng)力,當(dāng)其超過材料的強(qiáng)度極限時(shí),經(jīng)過反復(fù)的作用就可引起材料的高周熱疲勞或低周熱疲勞,最終造成裂紋。因此對(duì)于鍋爐高溫部件,要從設(shè)計(jì)、制造和檢修等環(huán)節(jié)避免或減少引起急劇熱交變應(yīng)力的結(jié)構(gòu)。4鍋爐專業(yè)相關(guān)規(guī)程上只提及吹灰器附近管子的磨損檢查,而未提及到熱疲勞問題,因此從檢修管理上應(yīng)重視鍋爐吹灰器對(duì)受熱面的影響。鍋爐吹灰器的設(shè)計(jì)制造上要充分考慮到吹灰介質(zhì)一旦
8、發(fā)生非正常工作狀態(tài),對(duì)受熱面管子的危害不僅僅是吹損。參考文獻(xiàn)[1] 陶曾毅.電廠金屬材料[M].武漢:華中理工大學(xué)出版社,1994. [2] 范從振.鍋爐原理[M].北京:水利電力出版社,1995.作者:韓寶軍吉林省大唐長(zhǎng)山熱電廠生