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[技术文章]锅炉、汽轮机主要零部件金属事故分析
更新时间:2014-07-21 发布:www.1024sj.com

1、汽锅受热面管子事故分析
汽锅受热面管子是在高温、应力和侵蚀介质作用下持久工作的,当管子钢材承受不了其工作状态的负荷时,就会发生分歧形式的损坏而造成事故。火力发电厂汽锅受热面管子常见事故主要有以下几种类型:长时超温爆管、短时超温爆管,材质不良管和侵蚀热疲钝损坏。
(一)长时超温爆管
超温是指金属材料在跨越额定温度下运行。额定温度指钢材在设计寿命下运行的答理高温度,也可指工作时的额定温度,只要超越上述温度的一种即为超温运行。
长时超温的管子钢由于原子扩散加重,致使钢材组织发生变化,使蠕变速度加速,持久强度下降,是以管子达不到设计寿命就提早爆破损坏。爆管年夜多发生在高温过热器管出口段的向火侧及管子弯头处,水冷壁管、凝渣管和省煤器等也时有发生。
在长时超温爆管进程中,蒸汽和*汽等侵蚀介质起了加速的作用。当管壁温度跨越其氧化临界温度时,蒸汽和*汽会使管壁发生一层较厚的氧化铁;在管子胀粗时,这层氧化铁将沿垂直于应力的标的目的裂开;因而重新袒露的金属在拉应力和蒸汽或*汽的作用下发生应力侵蚀,加速裂纹扩大,终致使爆裂。故破口具有脆性断裂特征,且往往有侵蚀产物存在于裂纹内。
(二)短时超温爆管
汽锅受热面管子在运行中冷却条件恶化、干烧,使管壁温度短时间内突然升高,温度到达临界点(Ac1)以上,钢的抗拉强度急剧下降,管子应力跨越屈就极限,发生剪切断裂而爆管,这类爆管称为短时超温爆管。
短时超温爆管年夜多发生在冷壁管燃烧带四周及喷燃器四周的向火侧和凝渣管上,省煤器和某些高压汽锅的屏式过热器也偶有发生。
由于短时超温的管壁温度高于Ac1,有时甚至高于Ac3,爆管时的汽水喷射如同分歧水平的淬火,是以,此时破口处的组织通常是低马氏体或贝氏体;过热器管破口也可能为珠光体和铁素体组织。显然,破口四周管材的硬度会较着增加。
超温爆管除结构设计不妥外,主要是超负荷运行、操作不妥或管内脏物梗塞等缘由酿成的。超负荷运行会使对流过热器出口温度普遍升高,加重了超温现象,以致管子蠕变加速;起动不正常而使燃烧发生剧烈变化、升压速度快或炉膛发生灭火放炮等城市引发管子超温;管内脏物或盐垢梗塞,会造成汽水轮回不良,引发管子局部过热而很快致使爆管。
(三)材质不良引发的爆管
材质不良的爆管是指错用钢材或使用了有缺陷的钢材造成管子提早损坏。
由于用错材料,现实上是一种超温运行。依照拉尔森─米列尔方程估算,超温运行将会使钢管寿命年夜为缩短,有的甚至运行数千小时即发生爆管。
如材料自己存在裂纹、严重脱碳或夹杂等缺陷,或在安装、检修时使用了有折叠、结疤、裂口的钢管,则管子强度将被严重削弱,在高温运行进程中缺陷部位易发生应力集中,致使裂纹扩大、缺陷扩年夜而致使爆管。
有缺陷的管子爆破,破口边缘经常可以分成两部门:有缺陷部门破口边缘粗拙,呈脆性断口(破口缺陷豁开);没有缺陷的部门呈塑性断口。
(四)侵蚀性热疲钝裂纹损坏
汽锅受热面管子的汽水份层、省煤器管汽塞、过热器带水、减温减压阀门间隙性开启等,城市引发温度的拨动,造成交变热应力,发生热疲钝裂纹。而且,在侵蚀性介质作用下,这些管子上的疲钝裂纹非凡轻易发生在诸如概况粗拙、划痕、侵蚀坑等侵蚀速度较年夜的有缺口区域,所以称之为腐性热疲钝裂纹。侵蚀性热疲钝裂纹一般呈丛状单行散布,并垂直于应力标的目的。在管内壁为横向环状裂纹,裂纹较短,断口为带疲钝特征的脆性断口。
汽锅受热面管子在运行进程中,管壁直接与高温*汽、水和蒸汽接触,也会发生其他侵蚀现象,引发管子过早的破裂损坏。象空气预热器等如在露全国工作,由于*汽中有SO2,还会发生低温侵蚀损坏。

2、汽轮机主要零部件常见事故分析
(一)汽轮机叶片事故分析
汽轮机叶片的损坏形式主要是疲钝断裂。由于叶片工作条件恶劣,受力情况复杂,断裂事故较常发生,且后果又较严重,所以对叶片断裂事故的分析研究一直遭到非凡重视。依照叶片断裂的性质,可以分为短时间超载疲钝损坏、持久疲钝损坏、高温疲钝损坏、应力疲钝损坏、侵蚀疲钝损坏、接触疲钝损坏等六钟。
1、期超载疲钝损坏
这类损坏是指叶片遭到外加较年夜应力或遭到较年夜激振力,而振动次数低于107次就发生断裂的机械疲钝损坏。如叶片遭到水击而承受较年夜的应力,或因转子不服引发振动及安装不良存在周期力等较年夜的低频激振力,当这些力引发叶片共振时,叶片会很快断裂。
叶片短时间超载疲钝损坏的宏观特征为:断面粗拙,疲钝前沿线(即贝壳纹)不较着,断面上疲钝区面积小于终静撕断区面积;承受水击而损坏的叶片的断面呈“人”字形纹络特征。
避免短时间超载疲钝损坏的主要方式是:避免水击,作好消除低频共振的调频及在正常周波下运行。
2、持久疲钝损坏
持久疲钝损坏是指叶片运行中承受低于疲钝强度极限而应力轮回次数又远高于107次发生的一种机械疲钝损坏。
造成持久疲钝损坏的缘由有:叶片或叶片组在高频激振力作用下引发的共振损坏;叶片概况缺陷处泛起局部应力集中而发生的疲钝损坏;低频率运行、超负荷运行使某些级的叶片应力升高致使提早损坏等等。持久疲钝损坏在电厂叶片断裂事故中为常见。
避免持久疲钝损坏的法子是:按划定避开高频激振力共振范围,提高叶片加工质量和改善运行条件。如避免低周波、超负荷运行,避免侵蚀和水击等。
3、高温疲钝损坏
高温疲钝损坏是指由蠕变和疲钝配合作用所形成的介于静应力发生的蠕变和动应力发生的疲钝之间的一种损坏形式。裂纹源部位呈蠕变现象,断裂性质为持久断裂和疲钝断裂的组合,而且往往陪伴着材料组织的变化。
高温疲钝损坏裂纹基本上是穿晶的,断口宏观貌有贝壳花纹,断口微观貌有较厚的氧化皮。
高温疲钝损坏发生在高压缸前几级叶片、中心再热式汽轮机中压缸前几级叶片和中压汽轮机的调速级叶片。
避免高温疲钝损坏的主要措施是:选用高温性能好的金属来制造处于高温下工作的叶片,避免叶片共振,避免叶片径向和轴向相磨擦等。
4、应力侵蚀损坏
发生应力侵蚀的主要缘由是:首先,金属晶界偏析,析出碳化物,泛起贫铬区,使晶界侵蚀;其次,应力作用;然后,高浓度盐的侵蚀。应力侵蚀主要发生在2Cr13钢制造的末级叶片上。其断口描摹呈颗粒状,微观形态是沿界裂纹,断面上有滑移台阶,并有细小侵蚀坑。
避免叶片应力侵蚀损坏的只要措施是:改善汽水品质、提高叶片材质、下降叶片动应力等。
5、侵蚀疲钝损坏
侵蚀疲钝损坏是叶片在侵蚀介质中受交变应力作用而引发的疲钝损坏。如损坏是以机械疲钝为主,则裂纹成长迅速,裂纹为穿晶型;如损坏是以应力侵蚀为主,则裂纹成长较慢,裂纹主要是沿晶型。
避免侵蚀疲钝损坏的主要措施是:提高叶片材质耐侵蚀性;下降交变应力水平;改善汽水品质。
6、接触疲钝损坏
接触疲钝损坏是由于叶片根部松动,叶根加入振动,使叶根之间或叶片与叶轮机接触面发生往复微量相对磨擦运动而酿成的一种机械损坏。
由于磨擦概况材料晶体滑移和硬化,使硬化区内发生许多平行的显微裂纹,其实不断扩大,从而引发疲钝断裂。
磨擦裂纹和磨擦硬化现象同时并存是接触疲钝损坏的主要基本特征。磨擦硬化和磨擦裂纹仅存于接触部位概况。
避免接触疲钝的主要措施是:改善叶片接触面的紧贴水平,增加接触面积以避免接触点接触的应力集中,消除或削弱调频叶片的振动力。
(二)汽轮机转子金属事故分析
转子在运行进程中要承受扭距和自重引发的弯应力、温度梯度和温度变化的热应力、离心力、热套力、振动力和发机电短路力距,其工作条件十分恶劣。
汽轮机转子的金属事故主要是叶轮、主轴(转子)的变形及开裂。
1、主轴(转子)的塑性变形
汽轮机出厂时的残余应力过年夜,运输、安装不妥和运行中热机不充实,消息部门相磨擦,水击和满水等缘由,都有可能致使年夜轴发生变形,一旦泛起这类情况决不能强行升速,而应停机后直轴。
直轴方式:对小型碳钢转子可采用局部加热反变形校直;对年夜功率合金钢转子多采用“松懈法”。
2、转子的断裂
转子断裂将造成严重事故,应引发十分重视。断裂的原由是泛起裂纹。转子发现条宏观裂纹,在年夜型汽轮机中往往作为汽轮机工作寿命竣事的标志。转子发生裂纹的缘由主要有以下几点:
(1)、在热交变应力(低频热应力)和蠕变联合作用下泛起裂纹;
(2)、截面交壤处过渡圆角偏小、存在刀痕等缘由会致使机械应力或热应力集中,在交变应力作用下发生裂纹;
(3)、材质不良,存在严重冶金缺陷而致使裂纹发生;
(4)、运行不妥而引发损坏。如启、停机,变负荷等情况下,温度变化率及温度变化量过年夜,引发热应力过年夜等。
3、叶轮的开裂
叶轮开裂主要泛起在低压级。由于叶轮直径年夜,离心力年夜,持久运行中键槽处由于应力集中轻易泛起裂纹,,裂纹成长到一定深度会引发整个叶轮飞裂。叶轮开裂与下列身分有关:
(1)、键槽处加工质量差,应力集中处往往易生成裂纹并成长;
(2)、叶轮材料性能差,韧性及塑性低,脆性年夜,加速了裂纹扩大;
(3)、停机后维修调养不妥,或水侵蚀造成应力侵蚀。
避免叶轮开裂的措施:注重停机后的调养,避免侵蚀;提高冶金及加工质量;增强探伤检查等
(三)汽缸的变形及裂纹
汽缸截面厚度变化年夜,进汽端外形复杂,非凡是法兰处厚度很是年夜,是以在运行进程中汽缸内外壁、法兰内外壁温差悬殊,生成的热应力就很是年夜,加上温度变化时又遭到热交变应力作用,同时,汽缸内还承受蒸汽压力、静止部门的重力作用,工作条件十分恶劣,而且,由于外形复杂、厚薄相差悬殊、尺寸年夜等缘由,不成避免存在铸造缺陷,所以,汽缸轻易发生变形和开裂的金属事故。
造成汽缸变形的主要缘由以下:
(1)、运行中汽缸壁内外、法兰内外温差较年夜,造成法兰连系面漏气;汽缸上、下温差过年夜致使消息部门相磨擦或振动;
(2)、汽缸往应力退火不妥,或运行中满水、水击等,城市引发变形;
(3)、汽缸在高温下工作,各部门温度分歧,蠕变速度纷歧,从而引发变形。
造成汽缸开裂的主要缘由以下:
(1)、汽缸持久在高温下运行,泛起蠕变,脆性增加;
(2)、冶金进程中铸件内部泛起裂纹、白点、夹渣等,是造成蠕变裂纹和热疲钝裂纹的根源;
(3)、热处置不妥致使材料组织不平均,而使持久强度和持久塑性下降;
(4)、持久高温运行使汽缸材料组织发生变化;运行中的低频热应;力和蠕变的联合作用更容易泛起裂纹。
对于泛起裂纹的汽缸可采用完全挖除裂纹并进行补焊的方式加以消除。

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