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300MW锅炉再热出口管道焊缝开裂原因分析

发布时间:2013-09-11 09:16    来源:未知

    某热电有限公司2号炉锅炉型号为B&WB.1025/17.5-M.亚临界参数、一次中间再热,固态排渣,单炉膛平衡通风,半露天布置,全悬吊结构,单锅筒自然循环。其再热出口管道设计材质为12CrlMoVG.堵阀设计材质为15CrlMolV.规格为Di508×24.8 mm.设计压力为3.82 MPa,额定温度540℃。2007年12月11日投入运行.2009年11月8日发现其右侧再热出口管道堵阀附近有漏汽现象,于11月9日凌晨2点停炉,累计运行了14079h。
1、宏观检查
    漏汽部位为右侧再热出口管道与堵阀后侧焊口,属裂电建安装焊口,裂纹位置为整圈焊缝的上方偏左,裂纹沿熔合线开裂,裂纹目测有两条,一条长100 mm.一条长20 mm.两条裂纹间距约50mm。裂纹表面有氧化,说明已裂开一段时间。管道冷却后对焊接接头表面氧化皮进行打磨,去除表面氧化皮后,两条裂纹中间部位显示出裂纹,两条裂纹合并成一条裂纹,裂纹长约270 mm.裂纹沿焊缝管道侧熔合线或热影响区发展,裂纹开口较大。对裂纹进行打磨消除时可以看出裂纹由外壁向内壁扩展,呈分枝多道并行发展的形态,其中主裂纹已贯穿整个焊缝,裂纹沿坡口方向开裂:主裂纹和并行的小裂纹或在近缝区中扩展,或往焊缝扩展,富通新能源生产销售生物质锅炉,生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
2、资料检查
    对电建安装资料检查,此焊接接头热处理曲线、硬度检查及无损检验报告符合标准要求。
    堵阀安装位置与设计不符,图纸设计堵阀距离弯头5.519m,实际上堵阀与弯头直接焊接。堵阀与弯头直接焊接而未对支吊架进行改造,此焊接接头应力状况较为复杂,在焊缝上造成较大的附加应力。
3、焊缝的理化分析
    (1)光谱检查  对右侧再热出口管道弯头、堵阀及其之间的焊缝进行半定量分析,光谱检验结果中的Cr、Mo、V三种元素含量与设计材质相符。
(2)硬度检查  对右侧再热出口管道开裂的焊接接头进行硬度检查,结果符合标准要求;对右侧其余3道进行硬度检查,结果符合标准要求。
  (3)金相分析  对焊缝金属及裂纹附近进行金相分析,观察焊缝处的金相组织为回火贝氏体,组织正常,无明显组织老化现象。
  对主裂纹及其附近区域进行金相观察,主裂纹的扩展形态如图3所示。根据主裂纹尖端形貌可见裂纹为沿晶开裂,裂纹沿过热粗晶界面发展,裂纹内充满腐蚀产物,且有并行的小裂纹在主裂纹附近区域沿晶扩展。主裂纹和小裂纹均有断续扩展特征。同时可见微裂纹已经在晶界萌生。
    (4)电镜分析  对主裂纹尖端进行扫描电镜观察可见,主裂纹尖端存在裂纹分支(图4所示)。根据图5可见,在裂纹扩展前沿分布着大量孔洞沿晶界分布,部分区域已连通为断续的晶界微裂纹,其方向基本与大裂纹发展方向一致;在三叉交界处,裂纹呈楔形开裂形态,微裂纹相互之间尚未连接。
4、裂纹原因分析
    该裂纹是设备在高温运行后产生,因此可以排除热裂纹;裂纹产生的位置是炉外,不存在高温过热。不可能是过热开裂;运行时间短,不存在长期疲劳载荷,也不存在剧烈载荷变化,也不是蠕变和疲劳裂纹;裂纹沿熔合线开裂与裂纹完全沿晶开裂,可以排除冷裂纹。裂纹为沿晶开裂,裂纹位于焊缝熔合线附近的粗晶区内,且有并行的小裂纹在主裂纹附近沿晶扩展。从裂纹的产生部位、扩展类型、金相和扫描电镜形貌等宏观和微观特征判断,该裂纹具备再热裂纹的典型特征。
    根据再热裂纹的蠕变断裂理论,在再热过程中将发生应力松驰,随着应力的降低伴随有蠕变现象。在应力和温度的作用下,点阵空位能够运动,当空位聚集到与应力方向垂直的晶界上达到足够的数目时,晶界的结合力遭到破坏而产生空洞。在应力的作用下,它们继续扩大形成裂纹沿晶界开裂。
    12CrlMoVG由于含有V这种强弥散强化元素,有再热裂纹的倾向。开裂焊缝处于管道弯头的变向处,且与阀门直接焊接,裂纹处于焊缝焊趾处,受力情况复杂,存在应力集中现象。产生裂纹的焊缝工作温度约540℃,在易产生再热裂纹的温度范围内。再热裂纹产生的三个前提条件:再热裂纹敏感材料、较大的应力、加热到敏感温度,此处裂纹全都具备了。
5、建议
    在不改变再热管道的材料及运行参数的情况下,防止再热裂纹的产生方法就只有减小应力,做好锅炉管道支吊架和膨胀情况的检查分析,尽量减小焊接接头的工作应力;通过预热、降低焊接线能量和控制层间温度以减小焊接残余应力;对焊缝成形不理想或存在缺陷的部位进行修补,降低峰值应力。通过以上三方面措施,并在以后的检修中对类似焊口进行重点检查,可以有效的防止裂纹产生。

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