Kesselheizflächenrohre arbeiten lange Zeit unter dem Einfluss hoher Temperaturen, Belastungen und korrosiver Medien. Wenn die Stahlrohre der Belastung durch ihre Arbeitsbedingungen nicht standhalten, kommt es zu unterschiedlichen Schäden und Unfällen. Zu den häufigsten Unfällen an Heizflächenrohren von Kesseln in Wärmekraftwerken gehören hauptsächlich die folgenden Arten: langfristige Rohrexplosion bei Übertemperatur, kurzfristige Rohrexplosion bei Übertemperatur, Rohre mit schlechtem Material und Korrosion sowie thermische Ermüdungsschäden.
(1) Langfristige Rohrexplosion bei Übertemperatur
Unter Übertemperatur versteht man den Betrieb metallischer Werkstoffe oberhalb der Nenntemperatur. Die Nenntemperatur bezieht sich auf die maximal zulässige Temperatur des Stahls im Betrieb während der Auslegungslebensdauer und kann sich auch auf die Nenntemperatur während des Betriebs beziehen. Solange eine der oben genannten Temperaturen überschritten wird, handelt es sich um einen Übertemperaturbetrieb.
Rohrstahl, der über einen längeren Zeitraum überhitzt wurde, verstärkt die Atomdiffusion, was zu Veränderungen in der Stahlstruktur führt, das Kriechen beschleunigt und die Dauerfestigkeit verringert. Daher platzt das Rohr und wird beschädigt, bevor es die vorgesehene Lebensdauer erreicht. Rohrexplosionen treten meist auf der dem Feuer zugewandten Seite des Austrittsabschnitts von Hochtemperatur-Überhitzerrohren und an Rohrkrümmern auf. Gelegentlich kommen auch wassergekühlte Wandrohre, Schlackenkondensationsrohre und Economizer vor.
Beim langfristigen Übertemperatur-Rohrexplosionsprozess spielen korrosive Medien wie Dampf und Rauchgas eine beschleunigende Rolle. Wenn die Temperatur der Rohrwand ihre kritische Oxidationstemperatur überschreitet, erzeugen Dampf und Rauchgas eine dickere Eisenoxidschicht auf der Rohrwand; Wenn sich das Rohr ausdehnt, reißt diese Eisenoxidschicht in der Richtung senkrecht zur Spannung; dann wird es neu geformt. Freiliegendes Metall führt unter der Einwirkung von Zugspannung und Dampf oder Rauch zu Spannungskorrosion, was die Rissausdehnung beschleunigt und schließlich zum Platzen führt. Daher weist der Bruch spröde Brucheigenschaften auf und im Riss sind häufig Korrosionsprodukte vorhanden.
(2) Kurzfristige Rohrexplosion bei Übertemperatur
Die Kühlbedingungen der Heizflächenrohre des Kessels verschlechtern sich und es kommt zu Trockenverbrennungen während des Betriebs, wodurch die Rohrwandtemperatur in kurzer Zeit schlagartig ansteigt. Die Temperatur überschreitet den kritischen Punkt (Ac1), die Zugfestigkeit des Stahls sinkt stark und die Rohrspannung überschreitet die Streckgrenze, was zu Scherungen führt. Das Rohr platzt aufgrund eines Bruchs. Diese Art von Rohrbruch wird als kurzfristiger Übertemperatur-Rohrbruch bezeichnet. Kurzfristige Übertemperatur-Rohrexplosionen treten meist in der Verbrennungszone von Kaltwandrohren auf der Feuerseite in der Nähe des Brenners und am Schlackenkondensationsrohr auf. Gelegentlich treten sie auch in Economizern und Siebüberhitzern einiger Hochdruckkessel auf.
Da die Rohrwandtemperatur bei kurzfristiger Übertemperatur höher als Ac1 und manchmal sogar höher als Ac3 ist, gleicht die Dampf- und Wasserinjektion während der Rohrexplosion in unterschiedlichem Ausmaß einem Abschrecken. Daher besteht die Struktur an der Bruchstelle zu diesem Zeitpunkt im Allgemeinen aus Martensit oder Bainit. ; Überhitzerrohrbrüche können auch Perlit- und Ferritstrukturen sein. Die Härte des Rohres um den Bruch herum nimmt deutlich zu. Übertemperaturrohrexplosionen werden neben unsachgemäßer Konstruktionskonstruktion hauptsächlich durch Überlastbetrieb, unsachgemäßen Betrieb oder Verstopfung des Rohrs durch Schmutz verursacht. Der Überlastbetrieb erhöht im Allgemeinen die Auslasstemperatur des Konvektionsüberhitzers, was das Übertemperaturphänomen verschlimmert und das Kriechen des Rohrs beschleunigt; Unnormaler Start, drastische Veränderungen in der Verbrennung, schneller Druckanstieg oder Feuerlöschen und Sprengen im Ofen führen zu einer Überhitzung des Rohrs. Wärme; Schmutz oder Salzablagerungen im Rohr führen zu einer schlechten Dampf- und Wasserzirkulation, was zu einer lokalen Überhitzung des Rohrs und schnell zu einer Rohrexplosion führt.
(3) Rohrexplosion durch schlechtes Material
Unter einem Rohrbruch aus minderwertigem Material versteht man die falsche Verwendung von Stahl oder die Verwendung von fehlerhaftem Stahl, der zu einer frühzeitigen Beschädigung des Rohrs führt.
Aufgrund der Verwendung falscher Materialien handelt es sich um einen Übertemperaturvorgang. Nach der Larson-Miller-Gleichung verkürzt ein Betrieb bei Übertemperatur die Lebensdauer von Stahlrohren erheblich, und einige können sogar nach Tausenden von Betriebsstunden platzen.
Wenn das Material selbst Mängel wie Risse, starke Entkohlung oder Einschlüsse aufweist oder bei der Installation und Wartung Stahlrohre mit Falten, Narben oder Rissen verwendet werden, wird die Festigkeit des Rohrs erheblich geschwächt und die defekten Teile sind anfällig für Beanspruchung bei Hochtemperaturbetrieb. Durch die Konzentration vergrößern sich Risse, Defekte vergrößern sich und es kommt zum Rohrbruch. Beim Strahlen eines defekten Rohres kann die Bruchkante häufig in zwei Teile geteilt werden: Der defekte Teil weist eine raue Bruchkante und einen Sprödbruch auf (der Bruchfehler ist offen); Das defekte Teil weist einen Kunststoffbruch auf.
(4) Schäden durch korrosive thermische Ermüdungsrisse
Dampf-Wasser-Schichtung in Kesselheizflächenrohren, Dampfstopfen in Economizer-Rohren, Wasser in Überhitzern, das intermittierende Öffnen von Enthitzungs- und Druckminderventilen usw. führen zu Temperaturschwankungen und damit zu wechselnden thermischen Spannungen und thermischen Ermüdungsrissen. Darüber hinaus kommt es bei diesen Rohren unter der Einwirkung korrosiver Medien besonders häufig zu Ermüdungsrissen in gekerbten Bereichen mit hohen Korrosionsraten wie Oberflächenrauheit, Kratzern, Korrosionsgruben usw., weshalb sie als korrosive thermische Ermüdungsrisse bezeichnet werden. Korrosionsbedingte thermische Ermüdungsrisse sind im Allgemeinen in Clustern in einer Reihe verteilt und verlaufen senkrecht zur Spannungsrichtung. An der Innenwand des Rohrs befinden sich quer verlaufende Ringrisse, die Risse sind kurz und der Bruch ist ein Sprödbruch mit Ermüdungseigenschaften.
Während des Betriebs des Heizflächenrohrs des Kessels steht die Rohrwand in direktem Kontakt mit Rauchgas, Wasser und Dampf hoher Temperatur, was auch zu anderen Korrosionserscheinungen führt, die zu einem vorzeitigen Bruch und einer Beschädigung des Rohrs führen. Wird ein Luftvorwärmer im Freien betrieben, kommt es zu Kältekorrosionsschäden durch SO2 im Rauchgas.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. Januar 2024