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摘要根据现场调研及取样分析,对某电厂的循环流化床锅炉水冷壁布风板管进行了失效分析。通过采用光谱分析、硬度测量、金相显微观察等实验手段,对失效管子的化学成分、力学性能以及显微组织进行了表征分析。确定了管子失效是由于浇注料脱落造成管子受热不均,结合管子自身组织缺陷,产生导致贯穿性疲劳裂纹从而导致管子泄露。最后根据实际情况,提出了预防措施和建议。
引言随着全社会对环境保护要求的不断提高,脱硫已成为锅炉运行中至关重要的一步。循环流化(CFB)燃烧技术因具有脱硫效果好、燃烧效率高、燃料适应性高等优点,目前已经成为国际上应用广泛的干法脱硫技术之一。我国目前已有数百台循环流化床锅炉投入使用或正在制造之中。CFB锅炉系统的布风装置是锅炉空气供给系统的重要组成部分,可供锅炉实现流态化燃烧,与锅炉的流化质量和稳定运行有着密切的联系。国内CFB锅炉应用最普遍的是风帽式布风装置。当布风装置出现故障时,会影响到燃烧工况,甚至锅炉无法实现流态化燃烧。因此,布风装置的风帽、风室、布风板等部件在CFB锅炉的安全稳定运行中起着重要的作用。某电厂采用东方 锅炉厂生产的DG-2069/17.4-Ⅱ1型CFB锅炉。2010年11月并网发电,于近期发生水冷壁布风板管爆管事故。我们结合现场调研情况,对爆管的位置进行了研究与分析。重点观察了管子的失效形貌、采用直读式光谱仪、光学显微镜(OM)、布氏硬度计等多种表征手段,对失效管子的化学成分、显微组织、力学性能等理化性质进行了测试与分析,并结合锅炉实际运行情况,分析了失效的成因与机理。同时,根据分析结果,提出对应的解决方案和预防措施,避免了同类型失效现象对锅炉安全运行的影响。
1、失效布风板管基本情况
爆管位置发生在2号炉炉布风板管处,管子材质为SA-210C,规格为82.55×12.7mm。爆管管子区域附近管子上下均附着一层厚度约30mm的浇注料,爆管位置管子上方浇注料脱落,浇注料的作用是阻热及防磨。布风板管爆管后锅炉右侧后墙水冷壁管受到吹损,进而导致4根水冷壁管因吹损减薄发生爆管。
2、试验结果及讨论
2.1 宏观失效形貌
开裂布风板管管子宏观形貌如图1所示。图1(a)所示为爆口附近形貌,可以清晰的看见水吹损减薄痕迹,边缘尖锐。同时,对该部位进行表面探伤,发现爆口边缘管壁外表面存在多条垂直于轴向的横向裂纹,如图中黑色方框所示。将图1(a)中黑色方框处截取出后观察,管子内壁形貌如图1(b)所示。由内壁形貌可知,管子内壁螺纹底部同样存在大量裂纹。在相邻管子相同位置截取试样,形貌如图1(c)所示,图中黑色方框处存在多条垂直于轴向的表面裂纹;图1(d)为截取图1(c)中黑色方框所示区域管子内壁形貌。观察后发现该样品内壁螺纹底部仍存在大量裂纹。由裂纹宏观形貌可以推断,裂纹有外壁起裂,向内壁扩展,并最终贯穿整个管子。
2.2 化学成分分析
采用直读式光谱仪对管子开裂部位进行化学成分分析,结果见表1。成分分析结果表明,该失效管件的化学成分符合ASME SA-210标准中对SA-210C钢管的材质要求。
2.3 力学性能分析
采用便携式里氏硬度计在裂纹附件进行硬度测量,测量前需对测量点位进行打磨和抛光处理,以达到硬度检验要求。硬度测量结果见表2。结果表明,该失效部位硬度值满足ASME SA-210标准中对SA-210C钢管的硬度要求。
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