应力腐蚀对锅炉对流管束管口损伤分析(2)
2.4.2 对损伤的管子检查(外观检查)
管子外表面无异常,损坏位置均位于胀口上管边的喇叭口处,管口和锅筒内表面光滑,损伤的管子附近的锅筒壁无明显氧化痕迹,损伤的管子内壁无明显氧化痕迹,无腐蚀斑点,损伤部位呈锯齿状缺口,损伤处管口壁明显变薄,最薄处仅0.5mm,(管子原壁厚3mm),但离管口越远管壁越厚,逐步接近正常。
发生损伤或壁厚变薄的管子均分布在上锅筒的中部。除此以外,上锅筒其余部位的管子,下锅筒的所有管子管口均未发生相关的损伤和变薄现象,锅筒内壁有零星的氧腐蚀斑点,深度约0.5mm—0.7mm左右(锅筒原壁厚16mm)
2.4.3 对流管束管口损伤的原因分析
1)长期水力冲刷易造成管口磨损
由于锅炉在运行期间,锅炉给水采用上锅筒水流由上锅筒中后部从下降管流入下锅筒,特别是对流管束靠近中后部的部位,锅炉水流冲刷也会对管口产生一定的应力作用,长时间的冲刷,也会对管子造成一定的损伤。在此段管子中水流速较高,受到的冲刷力较强,这个部位受到局部腐蚀形成薄弱区,并在此区域上局部应力增长到产生初始的腐蚀。考虑到3#4#5#锅炉已运行23年,长时间的水力冲刷也是可能造成这一结果的。
2)在应力集中部位易产生应力腐蚀
锅炉给水经过加药处理后往往会有一定量的碱,虽然在正常情况下,锅水中的碱浓度会被调节到使它对钢不产生腐蚀,但是在局部地方常常会因氢氧化钠的富集而使水的碱浓度增大。特别是在应力集中部位易产生应力腐蚀问题。应力腐蚀是在特定的腐蚀介质和外应力共同作用下产生的。锅炉对流管束由于胀接部位及附近区域金属内部残余应力的存在,且锅炉运行中负荷变化大,温度变化梯度大,接近锅筒部位的管子受多种应力的同时作用,形成应力集中区域。在腐蚀凹坑上的局部应力,随着电化学过程的进一步发展,使凹坑底部受应力最大的区域为腐蚀电池的阳极,因而首先是电化学破坏,形成许多条小腐蚀裂纹。在最初的裂纹侧部是一层保护膜,它构成腐蚀电池的阴极,裂纹尖端是腐蚀电池的阳极,在最大应力作用下,裂纹尖端前面的区域是金属局部应力最大的地方,即是裂纹扩展的区域。由于裂纹尖端存在高度集中的局部应力,而且腐蚀电池又是大面积的阴极与小面积的阳极组合,因而裂纹进一步扩展,裂纹更快长大。在高速水流冲刷应力作用下断裂,导致对流管束管口开裂。对流管束管口处损伤是典型的应力腐蚀裂纹。
2.4.4 根据以上分析可以初步断定,永安3#4#5#锅炉对流管束产生损伤的原因是
位于上锅筒中后部的下降管管口处高速水流冲刷和在应力集中部位产生应力腐蚀共同作用造成的损伤。
3 修理方案
上述损伤的修理方法,一般按下列情况进行处理。
3.1 由于损伤部位集中在胀口的管口边沿,管口有裂纹且管口已减薄,故无法进行补胀。可以考虑改为焊接,胀口已裂纹较大或损坏或腐蚀严重的管子应更换。
3.2 管口损伤的管子,如果损口到达胀口部位,原则上都应更换。但如损伤只发生在管口上部,没有达到胀口部位时,亦可不必更换,加强监检,继续使用。
3.3 锅检部门进行年检,3#4#5#锅炉对流管束管口的损伤部位尚未达到胀口位置,损伤数量较少,可以继续使用,不建议采用焊接修复,但必须每年进行试压无渗漏后再使用。
4 防止发生类似事故的基本措施
4.1 加强锅炉水质管理,尽量减少由水垢、氧腐蚀和给水中化学残留物对锅炉本体受压元件造成的各类腐蚀;
4.2 尽量合理控制每台锅炉流量,减少因水流冲刷和和在应力集中部位产生应力腐蚀而对炉管造成损伤,使锅炉达到安全运行;
4.3 加强锅炉检修、检验管理,在锅炉检验方面,应提出检验、使用方案和应急防范措施。
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