循環(huán)流化床鍋爐過(guò)熱屏管爆裂原因分析及對(duì)策

摘 要：循環(huán)流化床鍋爐過(guò)熱屏管爆裂是其運(yùn)行過(guò)程中的高發(fā)事故。本文通過(guò)熱屏管的爆裂原因從材料化學(xué)成分分析、金相分析及SEM分析等三個(gè)層面展開(kāi)，發(fā)現(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐過(guò)熱屏管的爆裂主要與焊接熱裂紋有關(guān)。并針對(duì)分析結(jié)果提出防止爆裂對(duì)策，具體為：應(yīng)加強(qiáng)對(duì)過(guò)熱屏管焊接過(guò)程中的環(huán)節(jié)控制和質(zhì)量控制，提升焊接工藝質(zhì)量。以期能夠?yàn)檠h(huán)流化床鍋爐高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供一定借鑒。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐;過(guò)熱屏管;爆裂;原因分析;對(duì)策

過(guò)熱屏管爆裂是循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題。爆裂發(fā)生后會(huì)影響設(shè)備正常運(yùn)行，并帶來(lái)極大生產(chǎn)安全隱患，導(dǎo)致不必要的人身傷害事件發(fā)生。以山西某企業(yè)為例，所運(yùn)行的某大型鍋爐過(guò)熱屏管道內(nèi)部的介質(zhì)為蒸汽，操作時(shí)溫度在540℃±20℃間，管道內(nèi)部蒸汽壓力值為13MPa。在設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)熱屏管爆裂現(xiàn)象，為確定其爆裂成因，對(duì)割除后的過(guò)熱屏管展開(kāi)宏觀分析和理化分析，嘗試找出造成爆裂現(xiàn)象的成因。并在實(shí)際生產(chǎn)中找到相應(yīng)的對(duì)策。

1 過(guò)熱屏管的爆裂原因分析

1.1 過(guò)熱屏管的爆裂部位的材料化學(xué)成分分析

循環(huán)流化床鍋爐所使用的過(guò)熱屏管為低合金鋼。這一材料具有著較好的冷加工和焊接性能。根據(jù)管壁的不同，在制作過(guò)程中可適當(dāng)采用預(yù)熱操作。焊接后進(jìn)行局部的應(yīng)力退火。在對(duì)此次過(guò)熱屏管爆裂的化學(xué)分析中，為確認(rèn)過(guò)熱屏管材料是否符合設(shè)計(jì)要求，首先對(duì)對(duì)爆管材料進(jìn)行了成分分析。將分析后發(fā)現(xiàn)，爆管的化學(xué)成分中C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ni均在合理范圍之內(nèi)，與原設(shè)計(jì)材料相符。

1.2 過(guò)熱屏管的爆裂部位的金相分析

過(guò)熱屏管主要是由鐵素體和珠光體構(gòu)成。金相分析結(jié)果表明，鐵素體和珠光體所構(gòu)成的材料在受熱時(shí)，其材料狀態(tài)會(huì)發(fā)生較大改變。在對(duì)過(guò)熱屏管的爆裂部分邊緣的觀察中發(fā)現(xiàn)，爆裂處的裂紋主要以沿晶擴(kuò)展為主且呈星狀分布。同時(shí)，過(guò)熱屏管爆裂處的兩側(cè)還能夠發(fā)現(xiàn)較為明顯的材料氧化現(xiàn)象?？煽闯鲞@些裂紋屬于典型的焊接熱裂紋。過(guò)熱屏管焊接過(guò)程不當(dāng)是造成這些裂紋的主要成因。

1.3 過(guò)熱屏管的爆裂部位的SEM分析

在對(duì)過(guò)熱屏管的裂紋性質(zhì)判斷中，需通過(guò)SEM分析進(jìn)一步確認(rèn)。在對(duì)此次出現(xiàn)問(wèn)題的過(guò)熱屏管爆裂處裂紋分析中，可見(jiàn)明顯氧化特征，主要集中在裂紋的兩個(gè)。同時(shí)在對(duì)過(guò)熱屏管爆裂處的SEM分析中也可見(jiàn)裂紋中出現(xiàn)多種雜質(zhì)。這些雜質(zhì)多是由于在焊接的高溫下裂紋表明材料與空氣接觸氧化而造成。SEM檢測(cè)結(jié)果在一定程度上進(jìn)一步證實(shí)了爆裂處的裂紋是由于焊接加工過(guò)程中所產(chǎn)生。

1.4 過(guò)熱屏管的爆裂部位的熱裂紋形成原因分析

過(guò)熱屏管的熱裂紋的產(chǎn)生主要受到拉應(yīng)力和低熔點(diǎn)共晶兩方面影響。在焊接作業(yè)過(guò)程中，焊接接頭的熱影響區(qū)域當(dāng)中含有的低熔點(diǎn)的物體就會(huì)被重新熔化，在一定程度上誘發(fā)裂紋的出現(xiàn)。而接頭部位的材料剛性與接頭方式也對(duì)熔池結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力產(chǎn)生影響，在拉應(yīng)力的作用下導(dǎo)致熱裂紋的產(chǎn)生。

2 防止循環(huán)流化床鍋爐過(guò)熱屏管爆裂對(duì)策

2.1 過(guò)熱屏管的及時(shí)更換

在對(duì)此次過(guò)熱屏管爆裂分析中發(fā)現(xiàn)，這一有特殊低合金材質(zhì)所構(gòu)成的管子在使用的過(guò)程中會(huì)在高溫的影響下出現(xiàn)一定的消耗。過(guò)熱屏管的使用過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)地對(duì)過(guò)熱屏管進(jìn)行更換，避免應(yīng)過(guò)熱屏管自身的功能和材料性質(zhì)變化而導(dǎo)致的爆裂現(xiàn)象。

2.2 嚴(yán)把過(guò)熱屏管的焊接

在對(duì)循環(huán)流化床鍋爐過(guò)熱屏管的焊接過(guò)程中，應(yīng)對(duì)焊接工藝進(jìn)行合理控制。當(dāng)前，這一焊接過(guò)程多采用GTAW焊接方式。在焊接前，會(huì)對(duì)材料進(jìn)行預(yù)加熱（溫度控制在150℃左右）。焊接時(shí)要保證焊縫的寬窄、厚度，確保成型的美觀。焊接過(guò)程中若出現(xiàn)錯(cuò)口問(wèn)題，錯(cuò)口應(yīng)控制在1mm以內(nèi)。在焊接作業(yè)完成后，應(yīng)對(duì)焊接部位做一定的保溫處理，避免因焊接處溫度的急劇變化而導(dǎo)致焊接質(zhì)量問(wèn)題的出現(xiàn)。焊接完成后應(yīng)對(duì)焊口進(jìn)行射線檢測(cè)，帶檢測(cè)合格后方可進(jìn)入下一步的鱗片焊接。

2.3 鱗片焊接的質(zhì)量控制

在對(duì)鱗片焊接時(shí)，多采用鎢級(jí)氬弧焊接。這一工藝能較好避免鱗片焊接時(shí)出現(xiàn)碎末飛濺或焊接疤痕等問(wèn)題。鱗片的焊接前應(yīng)將焊接區(qū)進(jìn)行打磨，使其漏出金屬光澤。這一處理能較好避免雜質(zhì)對(duì)焊接質(zhì)量影響。鱗片的焊接時(shí)，應(yīng)由兩名焊接工人同時(shí)操作，在標(biāo)準(zhǔn)溫度下實(shí)現(xiàn)對(duì)稱焊接。在焊接完成后應(yīng)對(duì)焊接部位進(jìn)行磨光處理，用砂輪將焊縫的加強(qiáng)高和焊趾部位仔細(xì)打磨修飾。并采用專(zhuān)用的策略以其對(duì)鱗片焊接的硬度進(jìn)行測(cè)量，保證焊接的質(zhì)量。

綜上所述，此次循環(huán)流化床鍋爐過(guò)熱屏管爆裂主要因焊接過(guò)程中的裂縫所產(chǎn)生，在運(yùn)行過(guò)程中，焊接裂縫擴(kuò)展直至穿透，造成循環(huán)流化床鍋爐過(guò)熱屏管的蒸汽泄漏，進(jìn)而導(dǎo)致爆管事故，針對(duì)此次事故分析過(guò)程中所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，應(yīng)在焊接的過(guò)程中科學(xué)選用焊接方式，嚴(yán)把焊接質(zhì)量，有效避免裂縫產(chǎn)生，在源頭上杜絕這一事故發(fā)生的可能。

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作者簡(jiǎn)介：

何軼（1982- ），男，湖南省常德市人，2005年7月畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)，本科，助理工程師，檢修部部長(zhǎng)，從事設(shè)備檢修及管理工作。