热电厂2＃锅炉二级过热蒸汽管线爆裂分析.pdf

热电厂2 # 锅炉二级过热蒸汽管线爆裂分析陈平唐春容孔令新( 新山子石化公司压力容器检验所新山子8 3 3 6 0 0 )捕．要：通过对二级过热蒸汽管线的检测和爆裂的分析，高温烟气腐蚀是造成管线爆裂的主要原因关键词：过热蒸汽管线；腐蚀；爆裂分析T h ed e t o n a t i o na n a l y s i so ft h es e c o n d a r i a ls u p e r h e a t e r —S t e a mp i p eo fb o i l e rN 0 2i np o w e rp l a n tC h e np i n 9 1T a n gc h u n r o n 9 1K o n gl i n g x i n lX i n j i a n gD u s h a a z iP r e s sV e s s i lI n s p e c t i o nI n s t i t u t e ( 8 3 3 6 0 0 )A b s t r a c t ：I nt h i st e x t ，b ym e a n so ft h ef a i l u r ea n a l y s i so ft h es e c o n d a r i a ls u p e r h e a t e rp i p e ，t h em a i nr e a —s o no ft h ep i p ed e t o n a t i o ni sh i 【s ht e m p e r a t u r e ，s o o tc a u t e r i z a t i o n ．K e yw o r d s ：s u p e r h e a t e rs t e a mp i p e ；c a u t e r i z a t i o n ；t h ed e t o n a t i o n a la n a l y s i s1 前言热电厂2 ’锅炉二级过热蒸汽无缝管线6 3 8 ×4 ．5( 3 根腐蚀爆裂管线样品长约4 5 0m m ) ，材质为2 0 钢，管内蒸汽温度为3 3 1 —4 0 0o c ，管内蒸汽压力为8 ．4 —8 ．5M P a ，管外介质为高温烟气，温度为5 6 5 —7 3 0 ℃。

1 9 9 1 年7 月投用，该过热蒸汽管线已运行9 年2 0 0 0年7 月因管线爆裂而使锅炉停止运行本文对该二级过热蒸汽管线腐蚀爆裂原因进行分析送样3 根过热蒸汽管线( 每根长约5 0 0 - r m ) 示意简图见图1 ，其中A 、B 、c 、D 点为金相取样点1 ’管线： 管线裂口处管线冲蚀灶管结壁厚正常处—斌■——斗———}2 ‘管线{管线裂口处管结壁厚工E 常处 ——- 1 ————————————卜 B 点^ 点3 管线： 瞥线冲蚀处管结壁厚正常处 1 ■———叶一图12 管线宏观检查情况l 管线：裂口长1 3 5I n n ，宽8 4n l n l ，管线完全开裂冲蚀部位面积约为0 1 2i n m 冲蚀部位管线对应内表面有蒸汽腐蚀现象管线：裂口长2 0l l u n ，宽8m l T I 裂口呈椭圆状3 ’管线：冲蚀部位面积约为0 1 5m m 冲蚀部位管线对应内表面有蒸汽腐蚀现象3 管线壁厚测定情况1 ’管线：裂I Z l 处壁厚在1 ．2 —3 ．9 m m 之间．冲蚀处壁厚在2 ．9 —3 ．3m m 之问，正常处壁厚在4 ，4 —4 ．5m m 之间2 ’管线：裂口处壁厚在0 ．5 —2 ．0m m 之间，正常处壁厚在4 ．4 ～4 ．5 m m 之间。

3 ’管线：冲蚀处壁厚在2 ．9 —3 ．5u l l l l 之间．正常处壁厚在4 ．4 —4 ．5m m 之间实测冲蚀部位最小壁厚为2 ．9n I I n ，壁厚有明显减薄现象4 管线硬度测定情况1 ’管线：裂口处硬度值为1 0 0 —1 0 5H B ，冲蚀处 硬度值为1 1 3 一1 1 6H B ，正常处硬度值为1 0 0 —1 0 9 H B 2 ‘管线：裂口处硬度值为1 0 2 —1 1 0H B ，正常处硬度值为1 0 9 —1 2 5H B ·8 7 -3 ’管线：冲蚀处硬度值为1 2 3 —1 2 9 H B ，正常处硬度值为1 1 5 —1 2 5H B 过热蒸汽管线硬度值无异常现象5 管线金相检验情况对管线爆裂部位，冲蚀减薄部位，宏观检查正常部位取样作金相组织分析，金相组织都为铁素体和珠光体，金相组织正常且组织形态和构成基本相似通过金相检验可知：管线材质未见异常6 管线裂口宏观分析管线两处裂口均有明显的塑性变形，管线直径有明显的鼓胀，断口周围壁厚有明显腐蚀减薄因管内介质为蒸汽，管线爆裂时能量太，1 4 管线完全开裂断口爆裂无碎片，所以从管线断口宏观分析，该管线爆裂为典型的韧性爆裂。

7 管线爆裂分析7 ．1 管线外表面腐蚀( 1 ) 由于过热蒸汽管线安装位置的结构原因，使管线外部的高温烟气流在管线外表面的局部区域形成搅动湍流，造成管线外表面局部区域冲蚀 2 ) 高温烟气流中拌有的固相粒子也加剧管线外表面的磨损腐蚀 3 ) 高温烟气中的H ：S ，S O ：等气体对管线外表面产生硫腐蚀以上腐蚀作用是造成管线壁厚减薄到爆裂的主要原因7 ．2 管线内袁面腐蚀对于管线外表面腐蚀减薄对应的内表面，圜管线内介质蒸汽温度高达3 3 1 —4 0 0 ℃，与铁接触时生成F e 3 0 4 ，反应式如下：4 H 2 0 + 3 F e = F e 3 0 4 + 8 H ，这样，在金属与蒸汽接触的表面便形成了F e ，0 氧化膜，这种现象就是蒸汽腐蚀F e ，O 氧化膜可阻止蒸汽腐蚀的继续发展，但管线外部烟气温度高达5 6 5 ～7 3 0 屯，对于碳钢，这种氧化膜不能起保护作用，造成蒸汽腐蚀继续发展，加剧了管线壁厚腐蚀减薄的速度管线局部区域在内外腐蚀的同时作用下，壁厚减薄，满足不了使用压力和温度要求而爆裂8 管线爆裂的强度校核验算由于管线内外表面腐蚀作用造成管线壁厚减薄到一定程度时，不能承受管线的内压作用而爆裂。

·8 8 ·通过计算管线减薄的临界壁厚，可知，管线磨损减薄到一定壁厚时就会爆裂，管线强度校核如下中低压管线强度校核计算公式为口= 尸( ( D 一( ￡一c ) ) ／2 ( t —C ) E A式中| P ——管线实际最高工作压力，M P aD ——管子外径，l l l l n f ——子实测壁厚最小值，m mE H ——质量系数 卜预计使用周期的两倍腐蚀深度，m l i ' l口——管子的工作应力，M P a[ 口] ——管材在最高工作温度下的许用应力，M i C aL ——管线实际最高工作温度，℃由以上公式可得：口= 7 7M P a强度计算的管子实测壁厚和管子工作应力值对应如下t ／m m22 ，52 ．72 ．82 ，93口，M P a1 5 71 0 39 18 58 l7 7通过上式计算可知：当管线因腐蚀壁厚减薄至2 ．81 1 1 1 1 1 ，口= 8 5 [ 口] = 8 3M P a ，管线已不能满足压力为8 5M P a ，温度为4 0 0 ℃的工艺操作使用要求，导致管线发生爆裂现象，所以管线发生爆裂的临界壁厚为2 ．8 —3 ．0m m 之间9 结语管线爆裂的主要原因为管线安装位置的结构原因，使管线局部区域高温烟气腐蚀加剧，造成管线壁厚减薄，达不到管线强度使用要求而爆裂。

应采取防止措施如下：( 1 ) 避免高温烟气在管线外表面形成搅动湍流而加剧烟气对管线的腐蚀作用；( 2 ) 管线外表面渗铝；( 3 ) 在管线换热效率允许的情况下选用厚壁管线；( 4 ) 选用铬钼无缝钢管；( 5 ) 加强对过热蒸汽管线的定期检验参考文献[ 1 ] 吴粤璨．压力容器安全技术手册[ M ] ．[ 2 ] 王志文．高忠白，邱清宇．压力容器安垒技术及事故分析[ M ] ．。