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生物質鍋爐新聞動態
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300MW鍋爐再熱出口管道焊縫開裂原因分析
發布時間:2013-09-11 09:16 來源:未知
某熱電有限公司2號爐鍋爐型號為B&WB.1025/17.5-M.亞臨界參數、一次中間再熱,固態排渣,單爐膛平衡通風,半露天布置,全懸吊結構,單鍋筒自然循環。其再熱出口管道設計材質為12CrlMoVG.堵閥設計材質為15CrlMolV.規格為Di508×24.8 mm.設計壓力為3.82 MPa,額定溫度540℃。2007年12月11日投入運行.2009年11月8日發現其右側再熱出口管道堵閥附近有漏汽現象,于11月9日凌晨2點停爐,累計運行了14079h。
1、宏觀檢查
漏汽部位為右側再熱出口管道與堵閥后側焊口,屬裂電建安裝焊口,裂紋位置為整圈焊縫的上方偏左,裂紋沿熔合線開裂,裂紋目測有兩條,一條長100 mm.一條長20 mm.兩條裂紋間距約50mm。裂紋表面有氧化,說明已裂開一段時間。管道冷卻后對焊接接頭表面氧化皮進行打磨,去除表面氧化皮后,兩條裂紋中間部位顯示出裂紋,兩條裂紋合并成一條裂紋,裂紋長約270 mm.裂紋沿焊縫管道側熔合線或熱影響區發展,裂紋開口較大。對裂紋進行打磨消除時可以看出裂紋由外壁向內壁擴展,呈分枝多道并行發展的形態,其中主裂紋已貫穿整個焊縫,裂紋沿坡口方向開裂:主裂紋和并行的小裂紋或在近縫區中擴展,或往焊縫擴展,富通新能源生產銷售生物質鍋爐,生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
2、資料檢查
對電建安裝資料檢查,此焊接接頭熱處理曲線、硬度檢查及無損檢驗報告符合標準要求。
堵閥安裝位置與設計不符,圖紙設計堵閥距離彎頭5.519m,實際上堵閥與彎頭直接焊接。堵閥與彎頭直接焊接而未對支吊架進行改造,此焊接接頭應力狀況較為復雜,在焊縫上造成較大的附加應力。
3、焊縫的理化分析
(1)光譜檢查 對右側再熱出口管道彎頭、堵閥及其之間的焊縫進行半定量分析,光譜檢驗結果中的Cr、Mo、V三種元素含量與設計材質相符。
(2)硬度檢查 對右側再熱出口管道開裂的焊接接頭進行硬度檢查,結果符合標準要求;對右側其余3道進行硬度檢查,結果符合標準要求。
(3)金相分析 對焊縫金屬及裂紋附近進行金相分析,觀察焊縫處的金相組織為回火貝氏體,組織正常,無明顯組織老化現象。
對主裂紋及其附近區域進行金相觀察,主裂紋的擴展形態如圖3所示。根據主裂紋尖端形貌可見裂紋為沿晶開裂,裂紋沿過熱粗晶界面發展,裂紋內充滿腐蝕產物,且有并行的小裂紋在主裂紋附近區域沿晶擴展。主裂紋和小裂紋均有斷續擴展特征。同時可見微裂紋已經在晶界萌生。
(4)電鏡分析 對主裂紋尖端進行掃描電鏡觀察可見,主裂紋尖端存在裂紋分支(圖4所示)。根據圖5可見,在裂紋擴展前沿分布著大量孔洞沿晶界分布,部分區域已連通為斷續的晶界微裂紋,其方向基本與大裂紋發展方向一致;在三叉交界處,裂紋呈楔形開裂形態,微裂紋相互之間尚未連接。
4、裂紋原因分析
該裂紋是設備在高溫運行后產生,因此可以排除熱裂紋;裂紋產生的位置是爐外,不存在高溫過熱。不可能是過熱開裂;運行時間短,不存在長期疲勞載荷,也不存在劇烈載荷變化,也不是蠕變和疲勞裂紋;裂紋沿熔合線開裂與裂紋完全沿晶開裂,可以排除冷裂紋。裂紋為沿晶開裂,裂紋位于焊縫熔合線附近的粗晶區內,且有并行的小裂紋在主裂紋附近沿晶擴展。從裂紋的產生部位、擴展類型、金相和掃描電鏡形貌等宏觀和微觀特征判斷,該裂紋具備再熱裂紋的典型特征。
根據再熱裂紋的蠕變斷裂理論,在再熱過程中將發生應力松馳,隨著應力的降低伴隨有蠕變現象。在應力和溫度的作用下,點陣空位能夠運動,當空位聚集到與應力方向垂直的晶界上達到足夠的數目時,晶界的結合力遭到破壞而產生空洞。在應力的作用下,它們繼續擴大形成裂紋沿晶界開裂。
12CrlMoVG由于含有V這種強彌散強化元素,有再熱裂紋的傾向。開裂焊縫處于管道彎頭的變向處,且與閥門直接焊接,裂紋處于焊縫焊趾處,受力情況復雜,存在應力集中現象。產生裂紋的焊縫工作溫度約540℃,在易產生再熱裂紋的溫度范圍內。再熱裂紋產生的三個前提條件:再熱裂紋敏感材料、較大的應力、加熱到敏感溫度,此處裂紋全都具備了。
5、建議
在不改變再熱管道的材料及運行參數的情況下,防止再熱裂紋的產生方法就只有減小應力,做好鍋爐管道支吊架和膨脹情況的檢查分析,盡量減小焊接接頭的工作應力;通過預熱、降低焊接線能量和控制層間溫度以減小焊接殘余應力;對焊縫成形不理想或存在缺陷的部位進行修補,降低峰值應力。通過以上三方面措施,并在以后的檢修中對類似焊口進行重點檢查,可以有效的防止裂紋產生。
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