锅炉元件的失效与案例

1、锅炉元件的失效与案例 由于钢材质量不良，结构不合理，工艺质量较差及运行管理不当等原因，使锅炉元件某部分强度或塑性储备不足而产生裂纹，使锅炉机组不能正常地进行工作，这种现象称为锅炉元件的失效。大量的事故表明，锅炉元件的失效给工业生产带来了很大的损失，对此必须加以足够地重视。因此，加强锅炉元件的冶金、设计、制造和运行中的质量控制，是锅炉元件安全、可靠地运行的重要保证。但锅炉元件的失效总是难免的，当失效发生后，如何分析失效的原因，从而吸取教训并提出改进措施，以防止同类问题的发生，则是使上述技术完善、改进和提高的重要步骤之一。为此，本节主要介绍锅炉元件判别失效原因的一般规律和具体失效的实例。 一、锅炉

2、元件可能产生的损坏现象 锅炉元件是在各种不同条件下进行工作的，特别是承受内压的元件，在一定温度、压力和蒸汽、水及烟气的作用下长期工作。在元件的工作过程中，会发生各种有害于钢材性能的现象(表1)，如果钢的组织和性能受到损伤，从而产生失效。 表1  锅炉用钢在运行中可能产生的损坏现象 元件名称 可能产生的损坏现象 水冷壁 短时过热破裂、应变时效，垢下腐蚀、氢损坏、硫腐蚀 锅筒 热疲劳、应变时效、苛性脆化、低周疲劳 过热器管子和集箱、过热蒸汽管道 短时急剧过热破裂，长时蠕变破裂、高温氧化（烟气腐蚀）、钒腐蚀、蒸汽腐蚀（氢腐蚀）、球化、石墨化，碳化物沿晶界析出、热脆性 省煤器 氧腐蚀、硫腐蚀

3、、热疲劳 空气预热器 硫腐蚀（露点腐蚀） 固定件吹灰器 高温氧化、回火脆性、热脆性、硫腐蚀、钒蚀 紧固件 应力松驰，回火脆性、蠕变脆性、热脆性 构架 冷脆性   由表1可以看出，锅炉用钢在运行中可能产生的损坏可能是一种、两种或两种以上的因素所引起的，并且各种因素之间相互影响，这给失效分析带来一定的困难。因此，在进行元件的失效分析时，必须从冶金、制造(材料质量、冷热加工变形、热处理及焊接工况等)、运行(累计时间、超温、水质、燃烧等)诸方面的情况调查了解入手，并作必要的鉴定试验，然后进行综合分析并做出结论。 二、锅炉元件损坏原因的一般判别方法 (一)钢材缺陷破裂   

4、  1、破坏特征     (1)破口断面及附近残留原有缺陷迹象，缺陷处常有氧化物存在。     (2)破口断面是钝的，破口处管子周长变化不大(图12-1)，因为缺陷造成的应力集中使其损坏，不产生较大的塑性变形。     (3)破口的形状与其它原因造成的损坏有明显的区别(图12-2)。由图可见，裂纹造成的破口形状呈近似矩形(图12-2a)；水循环破坏短时过热造成的破口形状为桃核形且破口尖锐(图12-2b)；较短时间蠕变破坏造成的破口形状呈近似桃核形(图122c)，长时间蠕变破坏为大量小裂纹(图12

5、-2d)。 (4)裂纹具有穿晶断裂的特点，是由于在缺陷尖端造成了高的应力集中而引起的。   2、  失效原因   钢材存在原始缺陷(图6-3)，而在验收检查时未超过有关技术标准或验收检查不严格，导致元件在运行时引起破裂失效。   3、判别方法   一般作破口的宏观观察和测量破口处管子周长，必要时，作旧缺口处的金相分析。  (二)短时急剧过热破裂   1失效特征   (1)破口断面锐利，破口处管子周长增加很多，因为高温下塑性较大，损坏时钢伴随着较大的塑性变形。   (2)破口常呈桃核形(图12-6b)。因为

6、是一点而破裂继而张开，而不是沿缺陷(一条线)同时破裂。   (3)破口处的金相组织常是淬硬组织或淬硬组织加铁素体。这是由于高温迅速冷却的缘故，而迅速冷却则是工质以很高的速度从破口向外喷射，相当于喷射淬火一样，如果管壁很薄，其淬硬倾向更大。因此，破口处(区域)的硬度明显高于其它部位(图6-4)   (4)管子外壁没有氧化皮。因为尽管温度很高(800)，但在该温度下运行时间极短就造成破坏，在外壁还来不及形成氧化皮。   (5)有时由于工质喷射反力，使管子明显造成弯曲。     2、损坏原因     沸腾管水循

7、环发生故障或过热器出现水塞等现象时，内部工质冷却管子的条件严重恶化，壁温急剧上升，使钢的强度大幅度地下降，在极短时间内即可引起破裂。     3、判定方法     (1)观察破口及测量破口处管子周长。     (2)显微组织观察分析及硬度的测定。     一般情况下，对这种失效形式只作破口观察就能作出结论。 (三)长时过热蠕变破裂     1、失效特征     (1)钢的过热程度较大，经过较短的时间(几百小时或一两千

8、小时以内)即可引起蠕变破裂，破口的形状与短时过热相似，但破口断面不太锐利(图122c)，钢的过热程度较小，经较长时间(几千小时以上)引起的蠕变破裂，于内外壁形成许多纵向裂纹(图12-2d)，个别可能穿透管子壁厚，但破口不明显张开。     (2)破口处管子周长一般增加较少。内外壁有明显的氧化皮。过热程度较大时，裂纹沿晶内扩展，观察断口时为解理断裂；过热程度较小时，裂纹沿晶界扩展，观察断口时为沿晶断裂。     (3)碳化物明显呈球状，有时向晶界偏聚，合金元素由固溶体向碳化物转移。     (4)一般与蒸汽

9、腐蚀及高温氧化特征相同。他们的特征见蒸汽腐蚀和高温氧化损坏部分。     2、损坏原因     (1)管子堵塞，如焊口瘤、钢球或其它物质进入管子的内部而产生该现象。     (2)热偏差或水力偏差使某些钢管中工质的流量减少。     (3)内壁积垢或积氧物过多。     (4)材料用错，以劣代优或者混料。     3、判别方法     (1)对断口进行观察分析。     (2)进行显微组织分析。     (3)进行化学成分分析。     (4)必要时，进行微区成分和碳化物相结构的分析以及力学性能试验。  (四)蒸汽腐蚀(氢