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耐火材料行業知識

循環流化床鍋爐水冷壁布風板管爆管原因分析

  根據現場調研及取樣分析,對某電廠的循環流化床鍋爐水冷壁布風板管進行了失效分析。通過采用光譜分析、硬度測量、金相顯微觀察等實驗手段,對失效管子的化學成分、力學性能以及顯微組織進行了表征分析。確定了管子失效是由于澆注料脫落造成管子受熱不均,結合管子自身組織缺陷,產生導致貫穿性疲勞裂紋從而導致管子泄漏。最后根據實際情況,提出了預防措施和建議。
  前言
  隨著全社會對環境保護要求的不斷提高,脫硫已成為鍋爐運行中至關重要的一步。循環流化床(以下簡稱“CFB”)燃燒技術因具有脫硫效果好、燃燒效率高、燃料適應性高等優點,目前已經成為國際上應用廣泛的干法脫硫技術之一。我國目前已有數百臺循環流化床鍋爐投人使用或正在制造之中_1]。CFB鍋爐系統的布風裝置是鍋爐空氣供給系統的重要組成部分,可供鍋爐實現流態化燃燒,與鍋爐的流化質量和穩定運行有著密切的聯系。國內CFB鍋爐應用最普遍的是風帽式布風裝置。當布風裝置出現故障時,會影響到燃燒工況,甚至鍋爐無法實現流態化燃燒。因此,布風裝置的風帽、風室、布風板等部件在CFB鍋爐的安全穩定運行中起著重要的作用。
  某電廠采用東方鍋爐股份有限公司生產的DG一2069/17.4一Ⅱ1型CFB鍋爐。2010年11月并網發電,于近期發生水冷壁布風板管爆管事故。我們結合現場調研情況,對爆管的位置進行了研究與分析。重點觀察了管子的失效形貌、采用直讀式光譜儀、光學顯微鏡(OM)、布氏硬度計等多種表征手段,對失效管子的化學成分、顯微組織、力學性能等理化性質進行了測試與分析,并結合鍋爐實際運行情況,分析了失效的成因與機理。同時,根據分析結果,提出對應的解決方案和預防措施,避免了同類型失效現象對鍋爐安全運行的影響。
  失效布風板管基本情況
  爆管位置發生在2號鍋爐爐底布風板管處,管子材質為SA一210C,規格為82.55mm×12.7mm。爆管管子區域附近管子上下均附著一層厚度約30mm的澆注料,爆管位置管子上方澆注料脫落,澆注料的作用是阻熱及防磨。布風板管爆管后鍋爐右側后墻水冷壁管受到吹損,進而導致4根水冷壁管因吹損減薄發生爆管。
  試驗結果及討論
  2.1宏觀失效形貌
  開裂布風板管管子宏觀形貌如圖1所示。圖1(a)所示為爆口附近形貌,可以清晰地看見水吹損減薄痕跡,邊緣尖銳。同時,對該部位進行表面探傷,發現爆口邊緣管壁外表面存在多條垂直于軸向的橫向裂紋,如圖中黑色方框所示。將圖1(a)中黑色方框處截取出后觀察,管子內壁形貌如圖1(b)所示。由內壁形貌可知,管子內壁螺紋底部同樣存在大量裂紋。在相鄰管子相同位置截取試樣,形貌如圖1(c)所示,圖中黑色方框處存在多條垂直于軸向的表面裂紋;圖1(d)為截取圖1(c)中黑色方框所示區域管子內壁形貌。觀察后發現該樣品內壁螺紋底部仍存在大量裂紋。由裂紋宏觀形貌可以推斷,裂紋有外壁起裂,向內壁擴展.并最終貫穿整個管子。
  (a)開裂處外表面裂紋形貌
  (b)開裂處內表面形貌
  (c)開裂處表面裂紋形貌
  (d)開裂處內表面形貌
  圖1開裂布風板管管子宏觀形貌
  2.2化學成分分析
  采用直讀式光譜儀對管子開裂部位進行化學成分分析。成分分析結果表明,該失效管件的化學成分符合ASMESA一210標準中對SA一210C鋼管的材質要求。
  表1開裂管件化學成分(質量分數)
  2.3力學性能分析
  采用便攜式里氏硬度計在裂紋附件進行硬度測量,測量前需對測量點位進行打磨和拋光處理,以達到硬度檢驗要求。硬度測量結果見表2。
  結果表明,該失效部位硬度值滿足ASMESA一210標準中對SA一210C鋼管的硬度要求。
  表2開裂管件硬度測量結果
  2.4顯微組織分析
  對圖l中開裂的管件進行切割取樣制備金相樣品,以便對其顯微組織進行觀察分析并參考碳鋼金相評級標準對其進行評級,見圖2。
  (a)爆口邊緣外表面金相組織
  (b) 爆口邊緣內表面金相組織
  (c)爆口邊緣外表面裂紋金相組織
  爆口邊緣外表面的金相組織,組織為鐵素體加珠光體,呈3.5級球化。裂紋開裂形式為穿晶型,且主裂紋旁有次生微裂紋存在。
  失效原因分析
  結合外觀檢查,化學成分,硬度及金相試驗分析可以看出,該布風管爆管原因為產生貫穿性疲勞裂紋而導致管材泄漏。
  根據現場檢查情況可知,澆筑料松動,在清理床料時,松動的澆注料被清理走,表面由于床料覆蓋,檢查人員沒有仔細檢查,而使管子局部沒有澆筑料而運行,管子形成一個交變的溫差,從而形成應力場,而且該管子金相組織呈帶狀,帶狀組織材料橫向力學性能低于縱向力學性能,故在交變的應力場下易形成了表面裂紋。
  據循環流化床的磨損原理,布風管的磨損相對較少,澆筑料的作用主要是阻熱,防止床料直接在管子上燃燒。澆筑料脫落以后,床料直接在管道上燃燒造成管道表面過熱,床溫平均溫度為917℃,而布風板管內部水的溫度為300℃左右,且布風管壁較厚(12.7mm),導熱能力差,這就造成脫落澆筑料的布風板管內外壁溫差大而形成疲勞裂紋,是此次爆管的原因。
  結語
  (1)根據上述實驗分析并結合現場檢查結果,推斷此布風板管失效的原因是由于澆注料脫落部位的布風板管內外壁溫差大而形成疲勞裂紋,最終導致爆管。
  (2)停爐后,應將布風板上的床料全部清理干凈,包括床灰,露出全部澆注料,對沒有澆注料的地方及曾經澆注料脫落并補了的地方進行重點檢查,如發現有問題,則對此地方全部檢查,并抽檢澆注料從來沒有脫落的地方。


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