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广州发电厂5号锅炉水冷壁爆管原因分析           
广州发电厂5号锅炉水冷壁爆管原因分析
作者:佚名 文章来源:不详 点击数: 更新时间:2008-9-24 10:19:57
林少文1,胡平2,钟万里2,陈顺强2
1.广州发电厂,广东 广州 510160;2.广东省电力试验研究所,广东广州 510600    广州发电厂5号锅炉由杭州锅炉厂设计制造,型号为NG-220/9.8M9,额定蒸发量为220t/h,蒸汽压力98 MPa,于1997年3月建成投入运行。2001年5月9日发生水冷壁爆管,到爆管时为止,累计运行时间为10180 h。爆管位于甲侧由前往后数第48排,爆口位置离地约18 m高。水冷壁管规格为ø60 mm×5 mm,管材原为St45.8/Ⅲ钢。5月9日爆管后,换上成分和性能与原材料相当的20G钢管。5月14日重新升炉,运行不久后新换管又发生爆管事故,两次爆管位置相近。到底是什么原因导致短期内接连出现两次爆管?为此,我们进行了试验分析,最终找出了爆管的原因。   1材质检验 1.1外观检查    图1为先后两次爆管的破口形貌。第一次爆管破口长为180 mm,宽为36 mm,第二次爆管破口长为215 mm,宽为67 mm。两者相同之处在于破口均为喇叭型,沿纵向破裂,边缘锋利,呈刀刃状,管子相对变形很大。管子外壁呈蓝黑色,破口附近几乎没有平行于破口的轴向裂纹。从破口形貌分析,管子应属于金属短期过热爆管。 1.2机械性能试验          在两次爆管破口附近取样进行机械性能检验,结果如表1所示。        从试验结果看来,旧管、新管两种材料的抗拉强度σb、屈服强度σs和延伸率δ5均符合标准的要求。旧管运行了一段时间后,向火侧的强度比背火侧有所下降,这是正常的。可见,所爆管子符合交货状态钢管的机械性能。虽然,没进行化学成分分析,但大体也可作初步判断,所爆管子的材质没有错用。 1.3金相组织分析     前后两次爆管的显微组织见图2。 1.3.1远离爆口处的金相组织       从金相照片看来,旧管和新管远离爆口处的基本组织均为铁素体加珠光体,铁素体晶粒未发生长大,晶粒度约为7~8级,未发生变形和相变。旧管由于运行时间较长,珠光体有轻度球化,珠光体区域中的碳化物部分已转变为粒状,铁素体晶界也存在着一些粒状碳化物,球化级别评定为三级。新管组织正常,未发生球化现象。         1.3.2爆口边缘的金相组织     两次爆口边缘的铁素体晶粒都沿爆管变形方向拉长,珠光体区域已丧失其原有的多边形形状,沿拉长的铁素体晶界分布,晶界上可见明显的粒状碳化物,但未见明显的淬硬或不完全淬硬组织和魏氏组织,说明爆管前的温度未超过钢的Ac1点,但应接近于Ac1点。 1.3.3爆口背面的金相组织     爆口背面组织与远离爆口处的组织相似,晶粒未变形,属正常组织。旧管组织中珠光体轻度球化;新管组织中的珠光体保持原有的形态。 2试验结果分析     从两次爆管的爆口形貌看来,破口张开呈喇叭状,边缘锐利,减薄较多,破口附近管子变形较大,破口边缘金相组织中铁素体晶粒被严重沿爆管变形方向拉长,这分别与短期过热爆管破口的宏观和微观形貌相吻合1。     短期过热爆管的特点在于炉管在短期内被过热到较高的温度,金属的强度变得极低,在内部介质压力的作用下,炉管以较大的变形速度使管径胀大,因此表现出破口处减薄较多,破口边缘锋利,具有撕裂状的韧性断口特征2。由前面破口的金相组织分析,未见明显的淬硬或不完全淬硬组织和魏氏组织,表示爆管前的温度未超过钢的Ac1点,因此在过热超温时,钢管组织仍为铁素体加珠光体,未形成奥氏体,因而在爆管时由于较快速的变形而使铁素体沿变形方向伸长,并在爆管后由于管内汽水混合物的冷却来不及发生再结晶过程,而将爆管时的变形组织保留下来。     造成短期过热爆管的原因很多,有错用钢材使材料机械性能不合要求,锅炉运行工况不正常,如过负荷、汽水循环不良、内部严重结垢、异物填塞管子等。根据两次爆管取样的机械性能试验结果,两种钢管的强度均符合标准要求,虽然在第一次爆管组织中有珠光体球化现象,但球化程度仅为三级,仍保留着较为明显的珠光体区域,也未观察到蠕变孔洞,这说明两次爆管不是材料强度下降即材料弱化引起的。此外,因两次爆管几乎是在相同位置发生的,判断应是锅炉运行工况发生异常。 3导致爆管的原因 3.1通球试验     经过运行记录检查,未发现运行超温、超压现象,管子内壁也没有发现大量结垢,汽水品质合格。为了寻查导致爆管的原因,进行了管子通球试验,以检查是否有异物堵塞管子。在爆管位置的上部与集箱连接处割管,对该管进行通球检查,在离割管位置不远的地方发现一金属块(见图3)堵塞在管内。       3.2造成短期内接连两次爆管的原因     由于找到了管内的堵塞物,显然水冷壁接连发生两次爆管的原因在于爆管处上方有金属物堵塞,造成管子水流不畅,局部金属过热,温度升高。在该温度下,材料的变形抗力下降,管子发生塑性变形,晶粒拉长,壁厚减薄,最终破裂。 4结束语    广州发电厂5号锅炉水冷壁同部位接连发生爆管,根据材料机械性能检验、爆口外观检查、金相组织分析以及通球试验的结果,表明两次爆管均因爆管处上方异物堵塞造成管壁短时过热引起。因第一次爆管后未做充分的检查和分析,而只是采取了换管措施,导致了重新启动后的第二次爆管,造成了较大的经济损失。这也提醒其他电厂的监督人员,在遇到类似情况时,要充分考虑多方面因素,加强运行监督和事故分析能力,以使损失降低到最小程度。   参考文献 [1]吴非文. 火力发电厂高温金属运行[M]. 北京:水利电力出版社,1979. [2] 能源部西安热工研究所. 热工技术手册(第6卷)[M]. 北京:水利电力出版社,1989

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