Rury powierzchni grzewczej kotła długo pracują pod wpływem wysokiej temperatury, naprężeń i mediów korozyjnych. Kiedy rury stalowe nie są w stanie wytrzymać obciążenia wynikającego z warunków pracy, wystąpią różne formy uszkodzeń i będą przyczyną wypadków. Typowe wypadki na rurach powierzchni grzewczych kotłów w elektrowniach cieplnych obejmują głównie następujące typy: długotrwała eksplozja rury z powodu nadmiernej temperatury, krótkotrwała eksplozja rury z powodu nadmiernej temperatury, rury ze złego materiału i korozji oraz uszkodzenia spowodowane zmęczeniem cieplnym.
(1) Długotrwała eksplozja rury z powodu nadmiernej temperatury
Nadmierna temperatura odnosi się do działania materiałów metalowych powyżej temperatury znamionowej. Temperatura znamionowa odnosi się do maksymalnej dopuszczalnej temperatury stali działającej w przewidywanym okresie użytkowania i może również odnosić się do temperatury znamionowej podczas pracy. Dopóki jedna z powyższych temperatur zostanie przekroczona, mamy do czynienia z operacją z przegrzaniem.
Stal rurowa, która była przegrzana przez długi czas, nasili dyfuzję atomów, powodując zmiany w strukturze stali, przyspieszając pełzanie i zmniejszając trwałą wytrzymałość. Dlatego rura pęknie i ulegnie uszkodzeniu, zanim osiągnie przewidywany okres użytkowania. Do eksplozji rur dochodzi najczęściej po stronie skierowanej w stronę pożaru sekcji wylotowej wysokotemperaturowych rur przegrzewaczy oraz na kolankach rur. Od czasu do czasu pojawiają się także chłodzone wodą rury ścienne, rury do kondensacji żużla i ekonomizery.
Podczas długotrwałego procesu eksplozji rury w nadmiernej temperaturze media korozyjne, takie jak para i gazy spalinowe, odgrywają rolę przyspieszającą. Kiedy temperatura ścianki rury przekroczy krytyczną temperaturę utleniania, para i gazy spalinowe utworzą grubszą warstwę tlenku żelaza na ściance rury; gdy rura się rozszerza, ta warstwa tlenku żelaza pęknie w kierunku prostopadłym do naprężenia; wtedy zostanie uformowany na nowo. Odsłonięty metal będzie powodować korozję naprężeniową pod wpływem naprężenia rozciągającego oraz pary lub dymu, przyspieszając rozszerzanie się pęknięć i ostatecznie prowadząc do pęknięcia. Dlatego pęknięcie ma charakter kruchego pękania, a w pęknięciu często znajdują się produkty korozji.
(2) Krótkotrwała eksplozja rury z powodu nadmiernej temperatury
Warunki chłodzenia rur powierzchni grzewczych kotła pogarszają się, a podczas pracy następuje suche spalanie, które powoduje gwałtowny wzrost temperatury ścianek rur w krótkim czasie. Temperatura osiąga punkt krytyczny (Ac1), wytrzymałość stali na rozciąganie gwałtownie spada, a naprężenie rury przekracza granicę plastyczności, powodując ścinanie. Rura pęka w wyniku pęknięcia. Ten rodzaj pęknięcia rury nazywany jest krótkotrwałym pęknięciem rury spowodowanym nadmierną temperaturą. Krótkotrwałe eksplozje rur z powodu nadmiernej temperatury mają miejsce najczęściej w pobliżu strefy spalania rur o zimnych ściankach, po stronie płomienia, w pobliżu palnika i na rurze kondensacyjnej żużla. Sporadycznie występują także w ekonomizerach i przegrzewaczach ekranowych niektórych kotłów wysokociśnieniowych.
Ponieważ temperatura ścianki rury w wyniku krótkotrwałego przegrzania jest wyższa niż Ac1, a czasami nawet wyższa niż Ac3, wtrysk pary i wody podczas eksplozji rury przypomina w różnym stopniu hartowanie. Dlatego też struktura w miejscu pęknięcia w tym momencie jest na ogół martenzytem lub bainitem o niskiej zawartości. ; Pęknięcia rur przegrzewacza mogą być również strukturami perlitowymi i ferrytowymi. Twardość rury wokół pęknięcia znacznie wzrośnie. Oprócz niewłaściwego projektu konstrukcyjnego, eksplozje rur spowodowane nadmierną temperaturą są spowodowane głównie działaniem przeciążenia, niewłaściwą obsługą lub zablokowaniem brudu w rurze. Praca w trybie przeciążenia zazwyczaj powoduje wzrost temperatury na wylocie przegrzewacza konwekcyjnego, zaostrzając zjawisko nadmiernej temperatury i przyspieszając pełzanie rury; nieprawidłowy rozruch, drastyczne zmiany w procesie spalania, gwałtowny wzrost ciśnienia lub gaszenie pożaru i wysadzanie w piecu spowodują przegrzanie rury. Ciepło; brud lub kamień solny w rurze spowodują słabą cyrkulację pary i wody, powodując lokalne przegrzanie rury i szybko prowadząc do eksplozji rury.
(3) Wybuch rury spowodowany złym materiałem
Pęknięcie rury wykonanej ze złego materiału oznacza niewłaściwe użycie stali lub użycie wadliwej stali, która powoduje wczesne uszkodzenie rury.
Ze względu na użycie niewłaściwych materiałów jest to operacja związana z nadmierną temperaturą. Zgodnie z równaniem Larsona-Millera działanie w nadmiernej temperaturze znacznie skraca żywotność rur stalowych, a niektóre mogą nawet pęknąć po tysiącach godzin pracy.
Jeśli sam materiał ma wady, takie jak pęknięcia, silne odwęglenie lub wtrącenia, lub jeśli podczas instalacji i konserwacji zostaną użyte rury stalowe z fałdami, bliznami lub pęknięciami, wytrzymałość rury zostanie poważnie osłabiona, a wadliwe części będą podatne na naprężenia podczas pracy w wysokiej temperaturze. Stężenie powoduje rozszerzanie się pęknięć, rozszerzanie się defektów i prowadzi do pęknięcia rur. Podczas piaskowania uszkodzonej rury krawędź pęknięcia można często podzielić na dwie części: uszkodzona część ma szorstką krawędź pęknięcia i pęknięcie kruche (wada pęknięcia jest otwarta); wadliwa część ma pęknięcie plastyczne.
(4) Uszkodzenia korozyjne w postaci pęknięć zmęczeniowych cieplnych
Rozwarstwienie pary i wody w rurach powierzchni grzewczych kotła, korki parowe w rurach ekonomizera, woda w przegrzewaczach, sporadyczne otwieranie zaworów schładzających i redukcyjnych itp. powodują wahania temperatury, powodując naprzemienne naprężenia cieplne i pęknięcia zmęczeniowe cieplne. Co więcej, pod wpływem czynników korozyjnych, pęknięcia zmęczeniowe tych rur są szczególnie prawdopodobne w obszarach karbów o dużej szybkości korozji, takich jak chropowatość powierzchni, zadrapania, wżery korozyjne itp., dlatego nazywane są korozyjnymi pęknięciami zmęczenia cieplnego. Korozyjne pęknięcia zmęczenia cieplnego są zazwyczaj rozmieszczone w skupiskach w jednym rzędzie i są prostopadłe do kierunku naprężeń. Na wewnętrznej ścianie rury występują poprzeczne pierścieniowe pęknięcia, pęknięcia są krótkie, a pęknięcie jest kruche i ma charakter zmęczeniowy.
Podczas pracy rury powierzchni grzewczej kotła, ścianka rury ma bezpośredni kontakt z gazami spalinowymi o wysokiej temperaturze, wodą i parą, co powoduje również inne zjawiska korozyjne, powodując przedwczesne pęknięcie i uszkodzenie rury. Jeśli podgrzewacz powietrza będzie eksploatowany na wolnym powietrzu, w wyniku obecności SO2 w spalinach wystąpią szkody korozyjne w niskiej temperaturze.
Czas publikacji: 19 stycznia 2024 r