汽輪機(jī)、鍋爐主要零部件金屬事故原因分析

一、鍋爐受熱面管子事故分析
鍋爐受熱面管子是在高溫、應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下長(zhǎng)期工作的，當(dāng)管子鋼材承受不了其工作狀態(tài)的負(fù)荷時(shí)，就會(huì)發(fā)生不同形式的損壞而造成事故?；鹆Πl(fā)電廠鍋爐受熱面管子常見事故主要有以下幾種類型：長(zhǎng)時(shí)超溫爆管、短時(shí)超溫爆管，材質(zhì)不佳管和腐蝕熱疲勞損壞。

（一）長(zhǎng)時(shí)超溫爆管

超溫是指金屬材料在超過額定溫度下運(yùn)行。額定溫度指鋼材在設(shè)計(jì)壽命下運(yùn)行的允許*高溫度，也可指工作時(shí)的額定溫度，只要超出上述溫度的一種即為超溫運(yùn)行。
長(zhǎng)時(shí)超溫的管子鋼由于原子擴(kuò)散加劇，導(dǎo)致鋼材組織發(fā)生變化，使蠕變速度加快，持久強(qiáng)度降低，因此管子達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命就提前爆破損壞。爆管大多發(fā)生在高溫過熱器管出口段的向火側(cè)及管子彎頭處，水冷壁管、凝渣管和省煤器等也時(shí)有發(fā)生。
在長(zhǎng)時(shí)間超溫爆管過程中，蒸汽和煙汽等腐蝕介質(zhì)起了加速的作用。當(dāng)管壁溫度超過其氧化臨界溫度時(shí)，蒸汽和煙汽會(huì)使管壁產(chǎn)生一層較厚的氧化鐵；在管子脹粗時(shí)，這層氧化鐵將沿垂直于應(yīng)力的方向裂開；于是重新裸露的金屬在拉應(yīng)力和蒸汽或煙汽的作用下產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，加速裂紋擴(kuò)展，*終導(dǎo)致爆裂。故破口具有脆性斷裂特征，且往往有腐蝕產(chǎn)物存在于裂紋內(nèi)。

（二）短時(shí)超溫爆管
鍋爐受熱面管子在運(yùn)行中冷卻條件惡化、干燒，使管壁溫度短期內(nèi)突然升高，溫度達(dá)到臨界點(diǎn)（Ac1）以上，鋼的抗拉強(qiáng)度急劇下降，管子應(yīng)力超過屈服極限，產(chǎn)生剪切斷裂而爆管，這種爆管稱為短時(shí)超溫爆管。

短時(shí)超溫爆管大多發(fā)生在冷壁管燃燒帶附近及噴燃器附近的向火側(cè)和凝渣管上，省煤器和某些高壓鍋爐的屏式過熱器也偶有發(fā)生。

由于短時(shí)超溫的管壁溫度高于Ac1，有時(shí)甚至高于Ac3，爆管時(shí)的汽水噴射猶如不同程度的淬火，因此，此時(shí)破口處的組織一般為低馬氏體或貝氏體；過熱器管破口也可能為珠光體和鐵素體組織。顯然，破口周圍管材的硬度會(huì)明顯增加。超溫爆管除結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)外，主要是超負(fù)荷運(yùn)行、操作不當(dāng)或管內(nèi)臟物堵塞等原因造成的。超負(fù)荷運(yùn)行會(huì)使對(duì)流過熱器出口溫度普遍升高，加劇了超溫現(xiàn)象，以致管子蠕變加速；起動(dòng)不正常而使燃燒發(fā)生劇烈變化、升壓速度快或爐膛發(fā)生滅火放炮等都會(huì)引起管子超溫；管內(nèi)臟物或鹽垢堵塞，會(huì)造成汽水循環(huán)不佳，引起管子局部過熱而很快導(dǎo)致爆管。

（三）材質(zhì)不佳引起的爆管
材質(zhì)不佳的爆管是指錯(cuò)用鋼材或使用了有缺陷的鋼材造成管子提早損壞。j
由于用錯(cuò)材料，實(shí)際上是一種超溫運(yùn)行。按照拉爾森─米列爾方程估算，超溫運(yùn)行將會(huì)使鋼管壽命大為縮短，有的甚至運(yùn)行數(shù)千小時(shí)即發(fā)生爆管。 如材料本身存在裂紋、嚴(yán)重脫碳或夾雜等缺陷，或在安裝、檢修時(shí)使用了有折疊、結(jié)疤、裂口的鋼管，則管子強(qiáng)度將被嚴(yán)重削弱，在高溫運(yùn)行過程中缺陷部位易產(chǎn)生應(yīng)力集中，致使裂紋擴(kuò)展、缺陷擴(kuò)大而導(dǎo)致爆管。

（四）腐蝕性熱疲勞裂紋損壞
鍋爐受熱面管子的汽水分層、省煤器管汽塞、過熱器帶水、減溫減壓閥門間隙性開啟等，都會(huì)引起溫度的撥動(dòng)，造成交變熱應(yīng)力，產(chǎn)生熱疲勞裂紋。并且，在腐蝕性介質(zhì)作用下，這些管子上的疲勞裂紋特別容易產(chǎn)生在諸如表面粗糙、劃痕、腐蝕坑等腐蝕速度較大的有缺口區(qū)域，所以稱之為腐性熱疲勞裂紋。腐蝕性熱疲勞裂紋一般呈叢狀單行分布，并垂直于應(yīng)力方向。在管內(nèi)壁為橫向環(huán)狀裂紋，裂紋較短，斷口為帶疲勞特征的脆性斷口,

鍋爐受熱面管子在運(yùn)行過程中，管壁直接與高溫?zé)熎?、水和蒸汽接觸，也會(huì)產(chǎn)生其他腐蝕現(xiàn)象，引起管子過早的破裂損壞。象空氣預(yù)熱器等如在露天下工作，由于煙汽中有SO2，還會(huì)產(chǎn)生低溫腐蝕損壞。

二、汽輪機(jī)主要零部件常見事故分析

3、高溫疲勞破壞
高溫疲勞損壞是指由蠕變和疲勞共同作用所形成的介于靜應(yīng)力產(chǎn)生的蠕變和動(dòng)應(yīng)力產(chǎn)生的疲勞之間的一種損壞形式。裂紋源部位呈蠕變現(xiàn)象，斷裂性質(zhì)為持久斷裂和疲勞斷裂的組合，而且往往伴隨著材料組織的變化。
高溫疲勞損壞裂紋基本上是穿晶的，斷口宏觀貌有貝殼花紋，斷口微觀貌有較厚的氧化皮。
高溫疲勞損壞發(fā)生在高壓缸前幾級(jí)葉片、中間再熱式汽輪機(jī)中壓缸前幾級(jí)葉片以及中壓汽輪機(jī)的調(diào)速級(jí)葉片。

防止葉片應(yīng)力腐蝕損壞的只要措施是：改善汽水品質(zhì)、提高葉片材質(zhì)、降低葉片動(dòng)應(yīng)力等。

防止腐蝕疲勞損壞的主要措施是：提高葉片材質(zhì)耐腐蝕性；降低交變應(yīng)力水平；改善汽水品質(zhì)。

防止接觸疲勞的主要措施是：改善葉片接觸面的緊貼程度，增加接觸面積以防止接觸點(diǎn)接觸的應(yīng)力集中，消除或減弱調(diào)頻葉片的振動(dòng)力。

（二）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子金屬事故分析
轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中要承受扭距和自重引起的彎應(yīng)力、溫度梯度和溫度變化的熱應(yīng)力、離心力、熱套力、振動(dòng)力和發(fā)電機(jī)短路力距，其工作條件十分惡劣。

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的金屬事故主要是葉輪、主軸（轉(zhuǎn)子）的變形及開裂。
1、主軸（轉(zhuǎn)子）的塑性變形
汽輪機(jī)出廠時(shí)的殘余應(yīng)力過大，運(yùn)輸、安裝不當(dāng)以及運(yùn)行中暖機(jī)不充分，動(dòng)靜部分相摩擦，水擊和滿水等原因，都有可能導(dǎo)致大軸產(chǎn)生長(zhǎng)久變形，一旦出現(xiàn)這種情況決不能強(qiáng)行升速，而應(yīng)停機(jī)后直軸。
直軸方法：對(duì)小型碳鋼轉(zhuǎn)子可采用局部加熱反變形校直；對(duì)大功率合金鋼轉(zhuǎn)子多采用“松弛法"。

2、轉(zhuǎn)子的斷裂
轉(zhuǎn)子斷裂將造成嚴(yán)重事故，應(yīng)引起十分重視。斷裂的起因是出現(xiàn)裂紋。轉(zhuǎn)子發(fā)現(xiàn)**條宏觀裂紋，在大型汽輪機(jī)中往往作為汽輪機(jī)工作壽命結(jié)束的標(biāo)志。轉(zhuǎn)子產(chǎn)生裂紋的原因主要有以下幾點(diǎn)：
（1）在熱交變應(yīng)力（低頻熱應(yīng)力）和蠕變聯(lián)合作用下出現(xiàn)裂紋；
（2）截面交界處過渡圓角偏小、存在刀痕等原因會(huì)導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力集中，在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋；
（3）材質(zhì)不佳，存在嚴(yán)重冶金缺陷而導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生；
（4）運(yùn)行不當(dāng)而引起損壞。如啟、停機(jī)，變負(fù)荷等情況下，溫度變化率及溫度變化量過大，引起熱應(yīng)力過大等。

3、葉輪的開裂
葉輪開裂主要出現(xiàn)在低壓級(jí)。由于葉輪直徑大，離心力大，長(zhǎng)期運(yùn)行中鍵槽處由于應(yīng)力集中容易出現(xiàn)裂紋，，裂紋發(fā)展到一定深度會(huì)引起整個(gè)葉輪飛裂。葉輪開裂與下列因素有關(guān)：
（1）鍵槽處加工質(zhì)量差，應(yīng)力集中處往往易生成裂紋并發(fā)展；
（2）葉輪材料性能差，韌性及塑性低，脆性大，加速了裂紋擴(kuò)展；
（3）停機(jī)后維修保養(yǎng)不當(dāng)，或水腐蝕造成應(yīng)力腐蝕。

（三）汽缸的變形及裂紋
汽缸截面厚度變化大，進(jìn)汽端形狀復(fù)雜，特別是法蘭處厚度非常大，因此在運(yùn)行過程中汽缸內(nèi)外壁、法蘭內(nèi)外壁溫差懸殊，生成的熱應(yīng)力就非常大，加之溫度變化時(shí)又受到熱交變應(yīng)力作用，同時(shí)，汽缸內(nèi)還承受蒸汽壓力、靜止部分的重力作用，工作條件十分惡劣，并且，由于形狀復(fù)雜、厚薄相差懸殊、尺寸大等原因，不可避免存在鑄造缺陷，所以，汽缸容易發(fā)生變形和開裂的金屬事故。

造成汽缸變形的主要原因如下：
（1）運(yùn)行中汽缸壁內(nèi)外、法蘭內(nèi)外溫差較大，造成法蘭結(jié)合面漏氣；汽缸上、下溫差過大導(dǎo)致動(dòng)靜部分相摩擦或振動(dòng)；
（2）汽缸去應(yīng)力退火不當(dāng)，或運(yùn)行中滿水、水擊等，都會(huì)引起變形；
（3）汽缸在高溫下工作，各部分溫度不同，蠕變速度不一，從而引起變形。

造成汽缸開裂的主要原因如下：
（1）汽缸長(zhǎng)期在高溫下運(yùn)行，出現(xiàn)蠕變，脆性增加；
（2）冶金過程中鑄件內(nèi)部出現(xiàn)裂紋、白點(diǎn)、夾渣等，是造成蠕變裂紋和熱疲勞裂紋的根源；
（3）熱處理不當(dāng)導(dǎo)致材料組織不均勻，而使持久強(qiáng)度和持久塑性下降；
（4）長(zhǎng)期高溫運(yùn)行使汽缸材料組織發(fā)生變化；運(yùn)行中的低頻熱應(yīng)；力和蠕變的聯(lián)合作用更易出現(xiàn)裂紋。