تعمل الأنابيب السطحية لتسخين الغلاية لفترة طويلة تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة والضغط والوسائط المسببة للتآكل. عندما لا تستطيع الأنابيب الفولاذية تحمل الأحمال الناتجة عن ظروف عملها، سوف تحدث أشكال مختلفة من الضرر وتتسبب في وقوع حوادث. تشمل الحوادث الشائعة لأنابيب تسخين الغلايات السطحية في محطات الطاقة الحرارية الأنواع التالية بشكل أساسي: انفجار الأنابيب الناتج عن درجة الحرارة الزائدة على المدى الطويل، وانفجار الأنابيب الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة على المدى القصير، والأنابيب ذات المواد الرديئة والتآكل، وتلف الإجهاد الحراري.
(1) انفجار الأنابيب بسبب ارتفاع درجة الحرارة على المدى الطويل
تشير درجة الحرارة الزائدة إلى تشغيل المواد المعدنية فوق درجة الحرارة المقدرة. تشير درجة الحرارة المقدرة إلى الحد الأقصى لدرجة الحرارة المسموح بها للفولاذ الذي يعمل خلال فترة التصميم، ويمكن أن تشير أيضًا إلى درجة الحرارة المقدرة أثناء التشغيل. طالما تم تجاوز إحدى درجات الحرارة المذكورة أعلاه، فهي عملية ذات درجة حرارة زائدة.
سوف يؤدي تسخين الأنابيب الفولاذية لفترة طويلة إلى تكثيف الانتشار الذري، مما يتسبب في حدوث تغييرات في الهيكل الفولاذي، وتسريع الزحف، وتقليل القوة الدائمة. لذلك، سوف ينفجر الأنبوب ويتضرر قبل أن يصل إلى العمر التصميمي. تحدث انفجارات الأنابيب في الغالب على الجانب المواجه للحريق من قسم مخرج أنابيب التسخين الفائق ذات درجة الحرارة العالية وعند أكواع الأنابيب. يتم أيضًا استخدام أنابيب الحائط المبردة بالماء وأنابيب تكثيف الخبث والمقتصدات من وقت لآخر.
أثناء عملية انفجار الأنابيب ذات درجة الحرارة الزائدة على المدى الطويل، تلعب الوسائط المسببة للتآكل مثل البخار وغاز المداخن دورًا متسارعًا. عندما تتجاوز درجة حرارة جدار الأنبوب درجة حرارة الأكسدة الحرجة، سينتج البخار وغاز المداخن طبقة أكثر سمكًا من أكسيد الحديد على جدار الأنبوب؛ عندما يتوسع الأنبوب، فإن هذه الطبقة من أكسيد الحديد سوف تتشقق في الاتجاه العمودي على الضغط؛ ثم سيتم إعادة تشكيلها. سوف ينتج المعدن المكشوف تآكلًا إجهاديًا تحت تأثير إجهاد الشد والبخار أو الدخان، مما يؤدي إلى تسريع تمدد الشقوق ويؤدي في النهاية إلى الانفجار. ولذلك، فإن الكسر له خصائص كسر هشة، وغالبا ما توجد منتجات التآكل في الكراك.
(2) انفجار الأنابيب بسبب ارتفاع درجة الحرارة على المدى القصير
تتدهور ظروف التبريد لأنابيب سطح تسخين الغلاية ويحدث حرق جاف أثناء التشغيل، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة جدار الأنبوب فجأة في فترة قصيرة. تصل درجة الحرارة إلى أعلى من النقطة الحرجة (Ac1)، وتنخفض قوة الشد للصلب بشكل حاد، ويتجاوز إجهاد الأنبوب حد الخضوع، مما يسبب القص. ينفجر الأنبوب بسبب التمزق. يُطلق على هذا النوع من انفجار الأنابيب اسم انفجار الأنابيب الناتج عن درجة الحرارة الزائدة على المدى القصير. تحدث انفجارات الأنابيب ذات درجة الحرارة الزائدة على المدى القصير في الغالب بالقرب من منطقة الاحتراق لأنابيب الجدار البارد على جانب النار بالقرب من الموقد وعلى أنبوب تكثيف الخبث. كما أنها تحدث أحيانًا في المقتصدات وسخانات الشاشة لبعض الغلايات ذات الضغط العالي.
نظرًا لأن درجة حرارة جدار الأنبوب من درجة الحرارة الزائدة على المدى القصير أعلى من Ac1، وأحيانًا أعلى من Ac3، فإن حقن البخار والماء أثناء انفجار الأنبوب يشبه التبريد بدرجات متفاوتة. ولذلك، فإن البنية عند الاختراق في هذا الوقت تكون عمومًا منخفضة المارتنسيت أو الباينيت. ; قد تكون فواصل أنبوب التسخين الفائق أيضًا عبارة عن هياكل من البرليت والفريت. ستزداد صلابة الأنبوب حول الكسر بشكل ملحوظ. بالإضافة إلى التصميم الهيكلي غير المناسب، فإن انفجارات الأنابيب ذات درجة الحرارة الزائدة تنتج بشكل رئيسي عن التشغيل الزائد، أو التشغيل غير السليم، أو انسداد الأوساخ في الأنبوب. ستؤدي عملية التحميل الزائد بشكل عام إلى زيادة درجة حرارة مخرج مسخن الحمل الحراري، مما يؤدي إلى تفاقم ظاهرة درجة الحرارة الزائدة وتسريع زحف الأنبوب؛ البدء غير الطبيعي، والتغيرات الجذرية في الاحتراق، وزيادة الضغط السريع، أو إطفاء الحرائق والتفجير في الفرن سوف يتسبب في ارتفاع درجة حرارة الأنبوب. الدفء سيؤدي تراكم الأوساخ أو الملح في الأنبوب إلى ضعف دوران البخار والماء، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة الأنبوب محليًا ويؤدي بسرعة إلى انفجار الأنبوب.
(3) انفجار الأنابيب بسبب سوء المواد
يشير الأنبوب المنفجر المصنوع من مادة رديئة إلى الاستخدام غير الصحيح للفولاذ أو استخدام الفولاذ المعيب الذي يتسبب في تلف مبكر للأنبوب.
بسبب استخدام مواد خاطئة، فهي عملية ذات درجة حرارة زائدة. وفقًا لمعادلة لارسون-ميلر، فإن التشغيل بدرجة الحرارة الزائدة سوف يقلل بشكل كبير من عمر الأنابيب الفولاذية، وقد ينفجر بعضها بعد آلاف ساعات التشغيل.
إذا كانت المادة نفسها بها عيوب مثل الشقوق أو إزالة الكربنة الشديدة أو الشوائب، أو إذا تم استخدام أنابيب فولاذية بها طيات أو ندوب أو شقوق أثناء التركيب والصيانة، فسوف تضعف قوة الأنبوب بشدة، وتكون الأجزاء المعيبة عرضة للتلف الإجهاد أثناء التشغيل في درجات الحرارة العالية. سيؤدي التركيز إلى تمدد الشقوق وتوسع العيوب ويؤدي إلى انفجار الأنابيب. عندما يتم تفجير أنبوب معيب، غالبًا ما يمكن تقسيم حافة الكسر إلى قسمين: الجزء المعيب له حافة كسر خشنة وكسر هش (عيب الكسر مفتوح)؛ الجزء المعيب لديه كسر من البلاستيك.
(4) ضرر الكراك الحراري التآكل
إن التقسيم الطبقي للمياه والبخار في الأنابيب السطحية لتسخين الغلاية، وسدادات البخار في الأنابيب الاقتصادية، والمياه في المسخنات الفائقة، والفتح المتقطع لصمامات إزالة الحرارة الزائدة وخفض الضغط، وما إلى ذلك، كلها ستسبب تقلبات في درجات الحرارة، مما يسبب إجهادًا حراريًا متناوبًا وشقوق التعب الحراري. علاوة على ذلك، تحت تأثير الوسائط المسببة للتآكل، من المحتمل بشكل خاص أن تحدث شقوق الكلال على هذه الأنابيب في المناطق المحززة ذات معدلات التآكل العالية مثل خشونة السطح، والخدوش، وحفر التآكل، وما إلى ذلك، لذلك تسمى شقوق الكلال الحراري المسببة للتآكل. يتم توزيع شقوق التعب الحراري المسببة للتآكل بشكل عام في مجموعات في صف واحد وتكون متعامدة مع اتجاه الإجهاد. توجد شقوق حلقية عرضية على الجدار الداخلي للأنبوب، والشقوق قصيرة، والكسر عبارة عن كسر هش ذو خصائص التعب.
أثناء تشغيل أنبوب سطح تسخين الغلاية، يكون جدار الأنبوب على اتصال مباشر بغاز المداخن والماء والبخار ذي درجة الحرارة العالية، مما سيؤدي أيضًا إلى حدوث ظواهر تآكل أخرى، مما يتسبب في تمزق الأنبوب وتلفه مبكرًا. إذا تم تشغيل جهاز التسخين المسبق للهواء في الهواء الطلق، فسوف يحدث تلف في التآكل بسبب درجات الحرارة المنخفضة بسبب ثاني أكسيد الكبريت الموجود في غاز المداخن.
وقت النشر: 19 يناير 2024