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废热锅炉进水管管口裂纹分析及处理
双击自动滚屏 发布者:大泰金属 发布时间:2018/11/23 阅读:67次 【字体:

 我厂从德国进口的废热锅炉是PKM煤加压气化工艺中的主要设备,为立式浮头列管式,共有5台,1993年6月投入运行。1997年,5台废热锅炉进水管根部相继发生泄漏,严重影响了生产的稳定运行,经停炉检查,发现4根进水管管口处均存在放射状裂纹。本文对此事故作了定性分析,并介绍了处理方案。

  1废热锅炉基本参数介质(管程/壳程)粗煤气/(锅炉水+饱和蒸汽)。

  工作压力(管程/壳程)工作温度管程T入壳程T入:实际运行参数:工作压力(管程/壳程)工作温度管程T入T出壳程T入:T出:2宏观观察废热锅炉()进水管(4根把7管)为插入式全焊透结构,在筒体内进水管管口处焊有一面开口的n型挡板,以使水在筒体内向一个方向(下方)流动,从取下的分析样观察,可见以进水管为中心的大量的放射状裂纹以及沿n型挡板连接焊缝走向的裂纹,其中两条最长的裂纹已穿透筒壁,它们均沿筒体环向走向,从裂纹的宏观形貌看,部分裂纹启裂于管口棱角处,部分裂纹启裂于焊缝表面,裂纹表面被腐蚀产物覆盖,呈黑褐色。用机械方法打开几个较大裂纹,发现除上述两个穿透性裂纹外,其他裂纹均较浅,深度在2mm以内。另外n型挡板的开口侧裂纹较少,但点腐蚀严重,点腐蚀坑深度在1~2mm,个别的达4mm. 3性能分析为进一步了解裂纹产生的原因,为修复改造提供依据,我们委托哈尔滨焊接研究所对裂纹部位取样进行化学、金相、机械性能及扫描电镜分析,分析结构如下。

  1.1化学成分分析由分析结果可知,筒体材质符合原东德的Mb16钢的标准,材质相当于我国的15钢。

  1.2机械性能取样进行V型缺口常温冲击,其冲击值较高(个样的▲值分别为136J、150J、140J)表明材质禚性较好,在使用中未有劣化现象。

  1.3金相分析母材组织为铁素体十珠光体,有带状特征,晶粒较细,铁素体晶粒度10 ~11级,珠光体呈片状,未见球化倾向,表面未见脱碳现象,焊缝组织为共析铁素体十粒状贝氏体十针状铁素体。

  裂纹呈穿晶,较平直,有少量分枝,尖端较圆钝,裂纹两侧金属无脱碳现象,裂纹内有腐蚀产物,腐蚀坑底部未见裂纹。

  1.4扫描电镜断口分析在裂纹尖端可见到与裂纹前沿平行的一道道纹路,条纹间距较宽,可认为是由交变载荷引起的疲劳裂纹。

  用能谱仪对裂纹表面的腐蚀产物进行分析,除Fe外未见其他元素,可认为腐蚀产物为Fe的氧化物。

  4裂纹及点腐蚀原因分析该废热锅炉采用n型挡板控制进入筒体水的流向,运行时挡板外蒸汽温度达158*C以上,n型挡板内水温只有50~60°c,这样在挡板两侧距离仅为10~20nm的范围内温差可达近百度,在理论上按CT=T差。差=100*C线膨胀系数a=12.弹性模量E =189X103MPa)计算,在n型挡板内由温差引起的拉应力上工作应力、焊接残余应力、开孔引起的应力集中等因素,管口周围的应力,特别是挡板处的总应力将会超过Mb16钢的屈服极限(Mb16钢最低屈服极限为220~240MPa),而且管口附近的应力将随着开炉、停炉、给水、停水而发生脉动变化。同时根据以上宏观、化学成分、机械性能、扫描电镜分析结果,可认为管口处放射状裂纹是热疲劳裂纹,而且是大应力低周疲劳裂纹。

  n型挡板开口侧裂纹较轻且点腐蚀严重,其原因是开口侧由于直接进水,冷却面积较大,单位长度温差较小,所以温差引起的应力较小,不易形成裂纹。该处的点腐蚀是属氧腐蚀,产生的原因是锅炉水除氧不彻底。

  5检修处理方案()将废热锅炉进水管插入式全焊透结构,改为套管结构(见)套管直径为108mm,材质为20钢,焊条用E4303,由于低碳钢的焊接性能较好,因此焊前无需预热,焊后加热到150C保温缓慢冷却以消除焊接应力。

  型挡板一面出水为3面出水(左、右及下部)。

  (4)加强废热锅炉水位监控,减少水位波动,杜绝“烧干”现象。

  修复废热锅炉的使用情况:5台废热锅炉自修复后至今一直平稳运行,经多次停车检查,未发现异常现象,说明该修复方法是可行的。




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