高溫過(guò)熱器蛇形管開(kāi)裂分析及對(duì)策.pdf

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1、第43卷第5期化工機(jī)械695高溫過(guò)熱器蛇形管開(kāi)裂分析及對(duì)策宰鄭軍州何鑫業(yè)1丁敏2(1．天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司；2．中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院)摘要通過(guò)宏觀檢驗(yàn)、力學(xué)性能測(cè)試、金相檢驗(yàn)、掃描電鏡斷口分析以及能譜分析等方法，對(duì)某廠(chǎng)動(dòng)力車(chē)間鍋爐高溫過(guò)熱器蛇形管開(kāi)裂失效原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：高溫過(guò)熱器蛇形管是在局部長(zhǎng)期超溫的條件下，材料發(fā)生了珠光體球化=和石墨化并受到管內(nèi)介質(zhì)沖刷磨損減薄，內(nèi)壁周邊發(fā)生軸向裂紋缺陷，最終使得高溫過(guò)熱器蛇形管的性能下降，從而產(chǎn)生失效開(kāi)裂。關(guān)鍵詞高汪過(guò)熱器蛇形管12CrlMoVG石墨化開(kāi)裂中圖分類(lèi)號(hào)TQ05．5文■標(biāo)識(shí)碼

2、B文章編號(hào)0254-6094(2016)05-0695-0412CrlMoVG因具有較高的耐高溫持久強(qiáng)度、良好的工藝性能而被廣泛應(yīng)用于工作溫度不超過(guò)580qC的鍋爐過(guò)熱器、再熱器、工作溫度不超過(guò)565℃的集箱以及高壓管道等部位。2010年上半年某廠(chǎng)動(dòng)力車(chē)間鍋爐高溫過(guò)熱器多次發(fā)生設(shè)備故障，被迫緊急停車(chē)。先后多次對(duì)鍋爐高溫過(guò)熱器進(jìn)行了改造維修，6月份由于鍋爐高溫過(guò)熱器蛇形管再次發(fā)生多處爆裂，停車(chē)并更換了過(guò)熱器的所有爐管，但使用不到3個(gè)月蛇形管彎管部位又出現(xiàn)兩處開(kāi)裂，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為此，受業(yè)主委托，筆者對(duì)開(kāi)裂管段取樣分析，提出了防護(hù)建議和對(duì)策。1宏觀檢查高

3、溫過(guò)熱器工作壓力(管內(nèi))9．81MPa，工作溫度(管內(nèi))550。C，管內(nèi)介質(zhì)為蒸汽，管外介質(zhì)為煙氣(含SO：、CO、CO：及NO，等)。裂紋位于彎管外側(cè)，沿軸向裂開(kāi)，管段外表面存在厚0．4—0．6mm的黑色氧化皮和大量點(diǎn)蝕坑。管段內(nèi)表面附有較厚黑色腐蝕產(chǎn)物，開(kāi)裂部位沿軸向呈梭形位于彎管背部，裂口長(zhǎng)約50mm，最寬處約7mm，裂口內(nèi)壁周邊發(fā)現(xiàn)有大量軸向裂紋，呈直線(xiàn)狀近似平行排列，深度較淺。開(kāi)裂部位發(fā)現(xiàn)明顯鼓脹，鼓脹高度最大約5mm，開(kāi)裂部位管壁減薄，宏觀斷口無(wú)金屬光澤。2理化分析2．1壁厚及硬度測(cè)定該蛇形管的標(biāo)稱(chēng)尺寸為咖38mm×4．5mm，通過(guò)卡尺及超聲波

4、壁厚測(cè)定，該管的彎管部位明顯減薄，斷面實(shí)測(cè)最小壁厚為3．0mm；彎管背部最小壁厚為3．21mm；彎管側(cè)部最小壁厚為3．73mm；直段最小壁厚為3．92mm。實(shí)測(cè)壁厚數(shù)據(jù)表明：更換投用后的蛇形管的彎管部位明顯減薄，減薄量已接近標(biāo)稱(chēng)尺寸的三分之一。分別在直管段和彎管部位進(jìn)行了硬度測(cè)定，其值在HBll5—168之間，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。2．2材料成分光譜分析對(duì)鋼管外表面清理后進(jìn)行光譜分析，測(cè)試結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表1，分析表明：開(kāi)裂管段材料成分符合標(biāo)稱(chēng)材料(12CrlMoVG)元素含量標(biāo)準(zhǔn)值(GB5310-2008)?！べ|(zhì)檢公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201410028)?！ぁむ嵻?/p>

5、，男，1983年2月生，工程師。甘肅省蘭州市，730060。696化工機(jī)械2016年表1光譜分析數(shù)據(jù)％2．3斷口掃描電鏡及腐蝕產(chǎn)物x射線(xiàn)能譜分析在蛇形管彎管開(kāi)裂部位進(jìn)行取樣(圖1)，對(duì)其中的1’樣品進(jìn)行掃描電子顯微鏡及x射線(xiàn)能譜分析。如圖2所示，對(duì)1。樣品進(jìn)行分區(qū)：樣品外表面(壁)、樣品內(nèi)表面(壁)、斷口開(kāi)裂區(qū)(黑色區(qū)域，A區(qū))、斷口過(guò)渡區(qū)(灰色區(qū)域，B區(qū))以及斷口撕裂區(qū)(銀灰色區(qū)域，C區(qū))。2。樣內(nèi)表Ⅱ圖1宏觀取樣圖21“樣品分析部位分區(qū)圖用掃描電子顯微鏡觀察1。樣品外表面(壁)形貌如圖3所示，外表面(壁)存在大量點(diǎn)蝕坑，并分布有較多氧化物夾雜。x射線(xiàn)能

6、譜分析結(jié)果顯示s含量較高，這與管外介質(zhì)中s含量較高有關(guān)。用掃描電子顯微鏡觀察14樣品內(nèi)表面(壁)形貌如圖4所示，內(nèi)表面(壁)附有較厚黑色腐蝕產(chǎn)物，大量直線(xiàn)狀裂紋沿裂口周邊軸向近似平行排列，裂紋較淺，呈現(xiàn)高溫爆裂裂口特征。圖31。樣品外表面(壁)形貌×100圖6過(guò)渡區(qū)形貌(B區(qū))×200第43卷第5期化工機(jī)械掃描電子顯微鏡觀察1。樣品撕裂區(qū)(C區(qū))斷口形貌如圖7所示，斷VI形貌呈沿晶破裂特征，可明顯觀察到大帚石墨化孑L洞圖7撕裂區(qū)形貌(C區(qū))X1002．4金相分析對(duì)24樣品進(jìn)行取樣、磨制和拋光，取樣部位如圖8所示，金相照片如圖9所示。從2‘樣品徑向截面觀察大

7、量碳化物高度彌散于晶內(nèi)及晶界，并聚集長(zhǎng)大，組織出現(xiàn)大量珠光體球化和石墨化黑色孔洞；主裂紋由管外向內(nèi)呈臺(tái)階狀擴(kuò)展，裂紋附近碳化物聚集更加明顯。圖8金相分析部位b．主裂紋由管外向內(nèi)擴(kuò)展X100c．主裂紋裂紋尖端形態(tài)×400圖92。樣品金相分析照片3原因分析按照設(shè)計(jì)要求，供貨規(guī)格應(yīng)為638mm×4．5ram，而彎管成型后彎管部位壁厚偏薄。動(dòng)力車(chē)間鍋爐高溫過(guò)熱器蛇形管是在局部長(zhǎng)期超溫的條件下材料發(fā)生了珠光體球化和石墨化，從而產(chǎn)生的失效開(kāi)裂。管內(nèi)蒸汽介質(zhì)不純、品質(zhì)不高導(dǎo)致內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重，對(duì)管壁溫度的升高起到了一定的促進(jìn)作用。管內(nèi)蒸汽溫度550℃，管外煙氣溫度達(dá)600。

8、C以上，形成由管外向管內(nèi)的溫度梯差；彎管位于向火面，長(zhǎng)期高溫，管內(nèi)