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《轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐水冷壁管泄漏失效分析》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、化工機(jī)械2013扭轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐水冷壁管泄漏失效分析操龍兵4夏明六韓成樹(銅陵市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心)摘要針對(duì)轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐水冷壁管的微觀組織、化學(xué)成分和力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試分析。結(jié)果表明：水冷壁管的材料和微觀組織均未發(fā)生變化，含塵煙氣沖刷磨損是導(dǎo)致水冷壁管厚度減薄的直接原因，減薄部位形成非圓弧過渡區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力集中從而產(chǎn)生裂紋源。在循環(huán)交變的熱應(yīng)力下水冷壁管處于交變的拉伸一壓縮狀態(tài)從而導(dǎo)致水冷壁管開裂。關(guān)鍵詞余熱鍋爐水冷壁泄漏失效中圖分類號(hào)TQ051．5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章編號(hào)0254_6094(2013)06_0844_03轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐是綜合利用轉(zhuǎn)爐余
2、熱煙氣中的熱量，加熱受熱面用以生產(chǎn)固定參數(shù)的蒸汽設(shè)備，能降低煙氣溫度除去部分煙塵以滿足后部收塵、制酸工藝和環(huán)境保護(hù)的要求，因此轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中占有十分重要的地位¨j。該設(shè)備在工作時(shí)要最大限度地收集高溫?zé)煔?，承受最高的爐氣溫度與劇烈頻繁的溫度變化，工況極為惡劣。某冶煉廠轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐水冷壁爐墻規(guī)格為638mm×5mm，材料為20G，蒸發(fā)量7．8t／h，額定蒸汽出口壓力4．2MPa，設(shè)計(jì)煙氣人口溫度為8000C，煙氣流量為30000m3／h。該鍋爐在運(yùn)行過程中頻繁出現(xiàn)水冷壁泄漏現(xiàn)象，對(duì)鍋爐的安全平穩(wěn)運(yùn)行造成重大隱患，也增加了鍋爐的檢修強(qiáng)度。
3、筆者針對(duì)該臺(tái)鍋爐水冷壁泄漏的實(shí)際情況，結(jié)合鍋爐運(yùn)行狀況，對(duì)水冷壁泄漏原因進(jìn)行了分析。1試驗(yàn)結(jié)果1．1宏觀形貌水冷壁管泄漏裂紋部位宏觀斷口如圖1所示，宏觀檢查發(fā)現(xiàn)裂紋出現(xiàn)在與鰭片垂直且位于水冷壁管爐膛內(nèi)側(cè)最凸出的部位，裂紋出現(xiàn)在爐膛面?zhèn)?，爐膛背側(cè)管壁沒有發(fā)現(xiàn)裂紋。從圖1中可以觀察到出現(xiàn)裂紋的管壁面?zhèn)缺诤衩黠@小于沒有出現(xiàn)裂紋的背側(cè)壁厚。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)水冷壁管裂紋起源于管壁外表面煙灰側(cè)，由煙灰側(cè)向管內(nèi)壁垂直擴(kuò)展，直至貫穿泄漏。圖1水冷壁管宏觀照片1．2化學(xué)成分在水冷壁管裂紋源附近取樣，對(duì)其化學(xué)成分進(jìn)行直讀光譜分析(表1)，結(jié)果顯示水冷壁管材料為碳鋼，
4、不含其他合金元素，根據(jù)碳含量和高壓無縫鋼管一般選用原則，可確認(rèn)該水冷壁管的材料為20G。根據(jù)20G標(biāo)準(zhǔn)成分，該水冷壁管的成分分析中發(fā)現(xiàn)碳元素和硫元素含量比20G標(biāo)準(zhǔn)成分偏高，但根據(jù)GB／T222-2006{鋼的成品化學(xué)成分允許偏差》規(guī)定均在誤差允許范圍內(nèi)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。*操龍兵，男，1985年11月生，助理工程師。安徽省銅陵市，244000。第40卷第6期化工機(jī)械845表I水冷壁管化學(xué)成分與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比表％1．3微觀組織分別從水冷壁管裂紋內(nèi)外表面取樣，經(jīng)過4％硝酸酒精侵蝕處理后輸出軸的金相顯微組織照片如圖2所示。觀察結(jié)果表明，該水冷壁管外表面沒
5、有經(jīng)過滲碳處理或其他表面處理，基本組織為鐵素體(白色)+珠光體(黑色)，晶粒度7～8級(jí)，比較細(xì)小，可以確認(rèn)為正火態(tài)組織"J。a．外表面h【qf(㈨圖2水冷壁管金相顯微組織照片1．4力學(xué)性能沿著水冷壁管縱向制備拉伸試樣，在室溫下按GB／T228-2002(金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》進(jìn)行拉伸性能試驗(yàn)；在裂紋兩側(cè)部位打磨至露出金屬光澤，按GB／T17394．1998《金屬里氏硬度試驗(yàn)方法》進(jìn)行硬度測(cè)定，與經(jīng)過正火處理的20G標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)性能?對(duì)比見表2。表2水冷壁管力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果從表2中可以看出，水冷壁管的抗拉強(qiáng)度基本符合20G的標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)要求，但
6、是伸長(zhǎng)率和沖擊吸收功均低于標(biāo)準(zhǔn)性能要求。雖然GB5310-2008(高壓鍋爐用無縫鋼管》中沒有明確20G硬度指標(biāo)的具體要求，但筆者通過對(duì)照20G正火處理后的硬度值發(fā)現(xiàn)，該水冷壁管的里氏硬度值明顯高于20G正火處理后的硬度。2原因分析從水冷壁管微觀組織組成來看，該水冷壁管進(jìn)行了正火處理，正火態(tài)的鐵素體+珠光體組織晶粒較細(xì)小，使抗拉強(qiáng)度能夠達(dá)到正火態(tài)的要求。但是，由于鐵素體和珠光體的力學(xué)性能不同，管材表面鐵素體區(qū)域性能較差，在受到循環(huán)應(yīng)力作用下，容易發(fā)生疲勞損傷。爐膛內(nèi)含塵煙氣對(duì)水冷壁管的沖刷磨損導(dǎo)致水冷壁管爐膛面?zhèn)葴p薄。水冷壁管爐膛面?zhèn)缺砻媸軟_
7、刷部位因磨損造成非圓弧過渡存在較大的應(yīng)力集中，使該部位的鐵素體首先發(fā)生破壞，形成疲勞源。同時(shí)由于爐墻鰭片和水冷壁管的受熱分別產(chǎn)生熱膨脹，由于鰭片和水冷壁管的熱膨脹系數(shù)有差別，在受熱過程中水冷壁管兩側(cè)對(duì)稱的鰭片對(duì)水冷壁管產(chǎn)生循環(huán)的拉伸一壓縮交變應(yīng)力。沖刷磨損嚴(yán)重的脆弱部位形成的疲勞裂紋源在交變應(yīng)力作用下擴(kuò)張，從而產(chǎn)生裂紋，最終發(fā)生泄漏事故。從力學(xué)性能試驗(yàn)中也可以發(fā)現(xiàn)，該水冷壁管的沖擊吸收功和伸長(zhǎng)率均不滿足GB5310—2008中20G的指標(biāo)要求，且硬度測(cè)試結(jié)果也顯示泄漏失效后的水冷壁管硬度值明顯高于標(biāo)準(zhǔn)的20G硬度值，這與水冷壁管的抗拉強(qiáng)度反應(yīng)
8、出來的結(jié)果相一致。水冷壁管經(jīng)過熱疲勞以后形成了較大的殘余應(yīng)力水平，故其強(qiáng)度和硬度均呈現(xiàn)較高水平Hj。3結(jié)束語(yǔ)含塵煙氣沖刷磨損是導(dǎo)致水冷壁管厚度減薄的直接原因，減薄部
